Nr4ro2015

CUPRINS

Victor ARAD Cercetarea ştiinţifică la Universitatea din Petroşani

2

Emil FLORUŢ Analiza diagnostic a situaţiei actuale a C.E. Hunedoara (partea I)

8

Lazăr AVRAM, Claudiu TĂNASĂ, Marius STAN, Dan ARON Determinarea stării de tensiuni şi deplasări prin metoda elementului finit la capul de sondă Pentru forajul în ape adânci şi ultra adânci

13

Pawel KOLODZIEJCZYK, Jan PALARSKI, Franciszek PLEWA Cercetare asupra transmisibilităţii cunoştinţelor şi tehnologiei în industria minieră

19

Florin Dumitru POPESCU Simularea şi modelarea forţelor şi puterilor la instalaţiile de extracţie multicablu echilibrate static cu ajutorul SolidWorks®

24

Lazăr AVRAM, Claudiu TĂNASĂ, Marius STAN, Vasile TUDOR Problematica stabilităţii coloanei de raizere pentru forajul în ape adânci şi ultraadânci

34

Mircea GEORGESCU In memoriam Prof.univ.dr.ing. Cornel Hirian

37

CERCETAREA ŞTIINŢIFICĂ LA UNIVERSITATEA DIN PETROŞANI Prof. dr. ing. Victor ARAD Prorector cu Cercetarea şi Managementul Proiectelor, Universitatea din Petroşani 1. Aspecte generale În Universitatea din Petrosani, activitatea de cercetare- dezvoltare, denumită în continuare cercetare ştiinţifică, se desfăşoară în concordanţă cu prevederile specifice cuprinse în legislatia existentă cât şi prin Carta Universităţii din Petrosani; Regulamentul activităţii de cercetare ştiinţifică, împreună cu procedurile operaţionale şi Codul de Etica in cercetarea ştiinţifica din Universitatea din Petrosani. Toate aceste sunt adaptate la standardele nationale de evaluare a cercetării si politicile cercetarii-dezvoltării la nivel european.

Direcţiile şi domeniile de cercetare ştiinţifică au fost stabilite în conformitate cu priorităţile ce decurg din Planul strategic şi misiunea Universitătii din Petrosani, precum şi din Strategia de cercetare a universitătii, dezvoltate în acord cu direcţiile prioritare naţionale şi politicile internaţionale, pe baza Strategiei de CDI 2007-2013 şi a Programului Cadru 7 in Cercetare si Inovare a Comisie Europene respectiv Programul Cadru Orizont 2020.

Orizont 2020 este cel mai mare program de cercetare - inovare al Uniunii Europene cu aproape 80 miliarde € fondurilor disponibile, o durată de peste 7 ani (2014 la 2020) - în plus faţă de aceste fonduri vor atrage fonduri de investiţiile private, program deschis tuturor celor care desfăsoară activitate de cercetare-dezvoltare- inovare. Scopul este de a asigura ca în Europa şă se producă ştiinţă de clasă mondială, să elimine barierele din calea inovării şi de a face mai uşor interacţiunea dintre sectorul public şi cel privat pentru a lucra împreună în furnizarea de inovare.

Prin cuplarea cercetării şi inovării, Orizont 2020 urmăreşte să sprijine realizarea acestui scop cu accent pe domeniul excelentei în ştiinţă, domniile de vârf în sectorul industrial şi abordarea provocărilor societale. Acest program promite multe idei novatoare, descoperiri şi premiere prin luarea ideilor mari de la laboratoare la piaţă. În acest context există posibilităţi majore unde, fiecare cercetător din Universitatea din Petrosani are libertatea de a se exprima prin dezvoltarea de colaborări naţionale şi internaţionale pe domeniile de competenţe care le au şi de a pune în valoare rezultatele şi ideile noi pe care le-au obţinut. Pe lângă interesul în aspectul financiar care este tot mai scăzut în universităţi, cercetarea poate aduce satisfacţii profesionale şi personale.

2

2. Structura şi resursele cercetării În Universitatea din Petroşani cercetarea ştiinţifică este o componentă a procesului de învăţământ şi educaţie şi se realizează prin folosirea resurselor materiale, umane, financiare şi manageriale alocate acestui scop. Cercetarea ştiinţifică se desfaşoară la următoarele niveluri: cercetare fundamentală; cercetare aplicativă; cercetare tehnologică; proiectare, expertiză, consultanţă ştiinţifică si analize de laborator şi determinări experimentale.

Capacitatea institutionala a universitatitii de a organiza si sustine activitatea de cercetare stiintifica si de a transfera rezultatele cercetarii in mediul socio-economic este dovedită prin infrastructura de cercetare care, s-a întărit atât sub raport organizaţional cat şi sub raport al dotării cu echipamente pentru cercetare.

Astfel s-au autorizat sau reautorizat in perioada 2012-2015, 2 laboratoare de cercetare care aduc o contribuţie semnificativă prin transferarea rezultatelor cercetării în piată (mediul economic) soluţionînd probleme ale mediului economic si centre de cercetare acreditate la nivel local prin hotărâri ale Senatului Universităţii. Laboratoarele de cercetare acreditate sau autorizate la nivel national sunt: Laborator de Analize şi Încercări în construcţii si Laboratorul de Cercetare şi Încercări de Materiale, Elemente şi Structuri de Construcţii. Laboratorul de Analize si Incercari in Constructii este o structura de cercetare in Departamentul de Inginerie miniera, topografie si constructii al Facultatii de Mine. A fost autorizat ca de catre Inspectoratul de Stat in Constructii in perioada 2009 – 2013, iar din anul 2013 a obtinut autorizare definitiva la nivel de Gradul I, cu autorizatia nr. 2846/04.12.2013. Laboratorul de Cercetare şi Încercări de Materiale, Elemente şi Structuri de Construcţii face parte din Departamentul de Inginerie Mecanică Industrială şi

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

Transporturi şi este autorizat de către Inspectoratul de Stat in Constructii la nivel de gradul I, cu autorizaţia nr: 3023/24.06.2015 pentru efectuare de încercări şi verificări de laborator. De asemenea există un laborator de Fizică nucleară, autorizat de Comisia Naţională pentru Controlul Activităţilor Nucleare CNCAN.

Fig. 1 Laborator de Analize şi Încercări în construcţii In Universitate în această perioada s-au acreditat la nivel local, prin hotarărâri ale Senatului, 7 centre de cercetare, 4 din ele avand anterior o acreditare nationala la nivel CNCSIS, astfel: 1. Ingineria rocilor, substanţelor minerale utile şi a materialelor de construcţii (IRSMUMC) 2. Evaluarea riscurilor în industrie (CCERI) 3. Inginerie Minieră (CCIM) 4. Metode, tehnici şi software pentru monitorizarea şi controlul proceselor miniere (MCPM) 5. Cercetări economice şi sociale pentru dezvoltare regională (CCESDR) 6. Inginerie mecanica pentru industria extractivă (IMIE) 7. Centrul de Cercetări Interdisciplinare în Matematică, Informatică, Fizică (CCIMIF) A continuat achiziţionarea de echipamente şi tehnică de calcul pentru dotarea laboratoarelor: Termotehnică, Topografie din fondurile atrase din cercetare şi achiziţionarea de softuri şi alte echipamente în valoare de 80.513,66 lei din surse atrase prin proiectele pe fonduri structurale.

Din punct de vedere al resurselor umane, Universitatea din Petroşani dispune de 169 de cadre didactice şi de cercetare în universitate, 90 de persoane didactic auxiliar şi o bogată resursă umană prin studenţii inmatriculati în cele trei forme de pregătire, licenţă, masterat şi în special la doctorat.

Deci putem spune că Universitatea din Petroşani dispune de o resursă materială şi umană care poate atinge obiectivele stabilite prin planul strategic al activitătii de cercetare-dezvoltare şi acest lucru ar putea suplini lipsa de finanţare bugetară cu care ne confruntăm.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Fig.2. Laboratorul de Cercetare şi Încercări de Materiale, Elemente şi Structuri de Construcţii Managementul activitătii de cercetare este asigurat organizaţional prin Prorectorul cu cercetarea ştiinţifică şi managementul proiectelor şi Departamentul de Cercetare, Managementul Proiectelor, Inovare şi Transfer Tehnologic DCMPITT care sunt monitorizate de comisiile pe domeniu constituite la nivelul Senatului Universităţii şi al Consiliilor Facultăţilor.

Activitatea DCMPITT sub coordonarea Prorectorului cu Cercetarea ştiinţifică şi managementul proiectelor a avut ca rezultat structurarea informaţiilor privind activitatea de cercetare pe site-ul universităţii şi actualizarea permanentă a acestuia, fiind funcţional şi activ atât la nivelul publicaţiilor peridice, a simpozionelor organizate căt şi a informaţiilor privind evenimentele importante şi de asemenea asigurarea feedback-ului oferit de mediul socio-economic.

Activităţile de cercetare ştiinţifică se desfăşoară în Universitatea din Petrosani sub următoarele forme: cercetare pe bază de contract; cercetare individuală raportată în departament; cercetare în cadrul şcolii doctorale şi cercetare în cadrul cercurilor ştiinţifice studenţeşti.

Evaluarea calitătii activitătilor de cercetare stiintifică din universitate se cuantifică prin: 1. Capacitatea de a atrage fonduri pentru activitatea de cercetare stiintifica, 2. Capacitatea de a pregati resursa umana înalt calificată pentru activitatea de cercetare stiintifică, 3. Relevanta si vizibilitatea rezultatelor activitătii de cercetare stiintifică,

3

4. Capacitatea universitatilor de a concepe/dezvolta produse – tehnologii inovative pentru mediul de afaceri, 5. Capacitatea institutionala a universitatilor de a organiza si sustine activitatea de cercetare stiintifica performanta.

Aceşti indicatori au fost cuantificaţi şi apreciaţi pozitiv în raportul de evaluare internă instituţionala din cursul anului 2015 şi care au contibuit substanţial la acordarea certificatului ARACIS pentru Universitatea din Petroşani.

3. Rezultate obţinute în activitatea de cercetare dezvoltare – inovare Participarea Universităţii din Petroşani la obţinerea de granturi din programe naţionale CDI si internationale a reprezentat un obiectiv major şi astfel s-au intensificat numeroasele propuneri ca parteneri în Programele Nationale (PNII, CNCS) si în programe europene pe domeniile prioritare stabilite de Universitatea din Petrosani prin Strategia de cercetare adoptată. Propunerile pe proiecte internaţionale s-au depus în reteaua Europeana care conduce programe de cercetare pe domeniul materii prime ERA-MIN şi în programul de finantare a proiectelor de cercetare pe Carbune şi Otel RFCS în perioada 2013-2015. Dintre aceste propuneri s-a materializat un proiect de cercetare PN-II-PT-PCCA-2013-4-0529, Tehnologie competitivă de susţinere a excavaţiilor miniere subterane aliniată la condiţiile de performanţă ridicată în exploatarea şi utilizarea cărbunelui pentru producerea de energie TCSEMAPR şi un

proiect internaţional ca parteneri în programul RFCS. Obtinerea grantului internaţional in 2014 “CROSS-EUROPEAN BLENDED LEARNING OF PART-TIME STUDENTS” in domeniul educaţiei în asistenţa socială in cadrul careia Universitatea din Petrosani este partener prin reţeaua internaţionala în asistenţa socială – Adult Life Long International Social Work (ALLISW), coordonată de către Universitatea din Jyväskylä, Kokkola Universitatea Consortium Chydenius, Finlanda.

Universitatea din Petroşani a participat în echipa de management a 2 actiuni finanţate din fonduri europene prin programul COST 281/2009 Brussels, Proiectele si contractele de cercetare abordate cu mediul economic în perioada 2011 – 2015 sunt prezentate sintetic în tabelul 1.

Valoric se poate vorbi de o creştere a veniturilor din cercetare, înregistrat de către Universitatea din Petroşani pentru perioada 2011 – 2015 şi aceasta este redată în Tabelul 2.

Relevanta si vizibilitatea rezultatelor activitatilor de cercetare stiintifica se urmăreşte prin articole cotate ISI, lucrări publicate în volumele conferinţelor şi în reviste străine din fluxul principal de publicatii, indexate BDI sau cele organizate de societati profesionale internationale.

Rezultatele activităţii de cercetare au fost diseminate prin publicarea de articole şi transferul de cunoştinte către mediul economic prin brevete de invenţie. Aceste rezultate sunt prezentate in tabelul 3.

Tabel 1. Situatia contractelor de cercetare Obiectivele cercetării 2011 2012 2013 2014 2015 Cercetare ştiinţifica aplicativa 25 35 30 20 30 Cercetare ştiinţifica experimentala 75 65 70 80 70 Tabel 2. Situaţia veniturilor din cercetare, înregistrate de către Universitatea din Petroşani Indicator[lei] 2011 2012 2013 2014 2015 Venituri din cercetare 204.350 397.958 798.628 312.711 1.274.795 Cheltuieli pentru cercetare 555.362 409.969 805.570 535.432 992.533 Regiei încasată din Contracte de cercetare 99.553 28.371 137.233 59.106 176.785 Tabel 3. Rezultatele activităţii de cercetare Indicator 2011 2012 2013 2014 Număr de articole publicate în reviste sau volume cotate ISI 52 72 121 76 Număr brevete solicitate - acordate 5 3 1 Număr lucrări comunicate la manifestări ştiinţifice internaţionale 88 94 84 119 Număr de articole publicate în reviste BDI 178 156 131 113 Număr de cărţi / capitole de cărţi 65 62 52 55

4

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

În ansamblu, activităţile de cercetare desfăşurate în această perioadă au condus la cresterea calităţii rezultatelor activităţii de cercetare.

Aspectul calităţii rezultatelor din cercetare ar trebui să fie supusă unei schimbări de gândire îndreptată spre o cuantificare calitativă şi nu doar cantitaivă pentru a identifica ce s-a rezolvat, cum sa rezolvat şi nu cât, impactul cercetării în domeniu nu factor de impact în jurnale de nisă, ce rezonantă are cercetarea prin aplicarea acesteia în mediul economic. Acest sistem de scientometrie analizează aspectele cantitative ale generării, propagării şi utilizării informaţiei ştiinţifice, pentru a contribui la înţelegerea mecanismului cercetării ştiinţifice a dus la apariţia unor anomalii de evaluare a calitătii, în metrica sistemului de cercetare. Astfel, au apărut situaţii destul de frecvente de publicare repetată “over publishing” a aceluiaşi material, publicare în “echipă” pentru a multiplca publicaţiile unui autor.

Toate aceste anomalii ar trebui să găsească cât mai curând soluţii de rezolvare pentru a funcţiona cu acuratete şi decentă. Un aspect important al cercetării care s-a desfăşurat în Universitatea din Petroşani a constituit organizarea de evenimente ştiinţifice care au reuşit o legătură puternică cu mediul academic din tară şi strainătate şi nu în ultimul rând, cu mediul socio-economic.

Simpozionul Universitaria SIMPRO a devenit un eveniment ştiinţific periodic care sustine strategia de cercetare - dezvoltare - inovare a Universităţii si promoveaza rezultatele cercetării stiintifice în toate domeniiile de studii de licenţă, masterat sau doctorat ale Universitaţii din Petrosani. Universitatea din Petrosani alături de INCD INSEMEX Petrosani, ca şi co-organizator, dezvolta cercetare de varf in domeniul Mine, Petrol Gaze şi domenii conexe, de graniţă, fiind implicată în organizarea de evenimente stiintifice pentru diseminarea rezultatelor cercetarilor catre specialistii din tara si strainatate oferind oportunitati de colaborare si transfer de cunostinte.

Tradiţionala manifestare ştiinţifică Universitaria SIMPRO 2014 organizată de Universitatea din Petroşani s-a desfăşurat sub egida Academiei de Ştiinţe Tehnice din România şi a Asociaţiei Generale a Inginerilor din România, în parteneriat cu mediul economic. Prin eforturile conjugate ale Comitetului de organizare si stiintific ediţia din 2014 s-a bucurat de prezenţa unor reputaţi cercetători şi cadre didacice de la Universităţi şi Institute de Cercetare-Dezvoltare din Canada, Germania, Italia, Turcia, Marea Britanie, Irlanda şi Polonia care au susţinut lucrari în plen.

Simpozionul Universitaria SIMPRO 2012 a avut ca scop integrarea comunitaţii stiintifice din Universitatea din Petrosani în cadrul cercetarii

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

europene si mondiale prin participarea unor reprezentanţi din alte universitaţi din strainatate (Germania, Italia, India, Serbia, Bulgaria si Cehia) şi publicarea rezultatelor unor cercetări din străinătate. Prin dezbaterile stiintifice in plen şi 108 lucrări pe cele 10 secţiuni, s-au jalonat noi directii de cecetare şi posibilităţi de colaborare şi participare in consorţii sau parteneriate la programe de cercetare ale Uniunii Europene.

Universitatea din Petroşani a participat la organizarea Simpozionului Internaţional SESAM 2013 şi SESAM 2015 alături de INCD INSEMEX Petroşani în calitate de co-organizator, simpozion care asigură dezbateri pe domeniul specific al sănătătii şi securitătii în muncă în principal şi publicarea de lucrări în revistă indexata ISI. In septembrie 2015 Universitatea din Petrosani a organizat Congresul minier international BALKANMIN 2015, ocazie de întâlnire şi dezbatere ştiinţifică a reprezentanţilor universităţilor cu profil de valorificare al resurselor naturale din ţările balcanice.

Incepând cu anul 2012 Universitatea din Petroşani prin participarea la semnarea Memorandumul de constituire a forumului international a devenit membru fondator al World forum of universities of resources on sustainability WFURS la TU Bergakademie Freiberg- Germania.

S-a continuat participarea la întâlnirile anuale ale acestui Forum în 2013 la Norwegian University of Science and Technology Trondtheim- Norvegia, în 2014 la Montanuniversität Leoben, Austria unde Universitatea din Petrosani a prezentat posterul “Repere şi realizări ale activităţii de cercetare – dezvoltare din Universitatea Petroşani”.

Se poate aminti de asemenea continuarea realţiilor bune de colaborare dintre Universitatea din Petrosani şi Universitatea de Mine din Moscova prin participarea la Conferinţa internaţională anuală “Săptămâna minerului” organizată de National University of Science and Technology Moscova în perioada 28 -31 ianuarie 2014 ocazie cu care a avut loc şi întâlnirea la Centrul Internaţional de Informare Ştiinţifică şi Tehnologică ICSTI. ICSTI este un organism inter guvernemental, iar Romania este ţară membră fondatoare, începand din anul 1969 şi are cooperări cu peste 30 de state de pe toate continentele.

Obiectivul ICSTI este furnizarea de informaţii, suport analitic, consultativ şi organizatoric cooperării internaţionale în domeniile ştiinţei, tehnologiei şi în afaceri. Este de remarcat faptul că România este reprezentată la ICSTI de ANCSI şi de Universitatea din Petroşani. Ani de-a rândul reprezentant plenipotential al Romaniei la ICSTI a fost prof.univ.dr.ing. Nicolae Iliaş, care in prezent este membru partener al ICSTI. Reprezentantul 5

plenipotenţial al României este domnul prof. dr.

Ioan Ştefan Groza, iar reprezentant al Punctului Focal - Universitatea din Petrosani este prof.univ. dr.ing. Victor Arad. La intalnirea din octombrie 2015 care a avut loc în Vietnam, a participat o delegatie din MEN din care a facut parte si prof.univ.dr.ing Nicolae Ilias.

Universitatea din Petroşani a fost reprezentată la nivel guvernamental din partea MEN la Comisia Economica pentru Europa a ONU la reuniunea Grupului de lucru privind Energie curata din combustibili fosili, 10th Session Group of Experts on Cleaner Electricity Production from Fossil Fuels (21 October 2014) Salle VIII, Palais des Nations, Geneva şi la reuniunea 9th Session Group of Experts on Coal Mine Methane privind emisiile de gaz metan din minele de carbune in octombrie 2014 si la intalnirea comuna a UNECE si a Subcomitetului pentru Carbune, Global Methane Initiative (22- 23 October 2014) Salle XI, Palais des Nations, Geneva. Se poate menţiona participarea Universitătii din Petroşani ca sponsor ştiintific la 5 simpozioane internaţionale din cadrul WSEAS Conferences în anul 2013.

Universitatea din Petroşani a organizat de asemenea o sesiune invitată „Mineral resources, Energy and Sustenability” în cadrul celei de-a 13 a GeoConference SGEM 2013, Albena, 2013, conferinţă care este de mare interes pentru cadrele didactice din universitatea noastră încă de câtiva ani şi pastrează acelaşi interes şi în prezent.

Universitatea din Petroşani, a participat ca şi co-organizator alături de Universitatea de Tehnnologie din Czestochowa, Poland, Faculty of Management, Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia, Centrul de Informare si Consiliere in cariera şi a Centrului International de Cercetare pentru Invatamant Superior si Cooperare la a II-a ediţie a Conferinţei Internaţionale „Managementul Carierei în Societatea Bazată pe Cunoaştere”, desfăşurată la Universitatea de Tehnologie din Czestochowa, Polonia. Rezultatele acestor contacte s-au materializat prin semnarea, la începutul luni octombrie 2014, a Acordului-Cadru de Cooperare şi a unui acord specific de colaborare în cadrul Programului EASMUS +.

Universitatea din Petroşani a participat ca partener oficial la organizarea conferinţei internaţionale “PUTEREA DE A FI ALTFEL”, Timisoara, 30-31 octombrie 2014 organizata de Universitatea de Vest din Timişoara, prin Departamentul de Asistenţă Socială din cadrul Facultăţii de Sociologie şi Psihologie şi de Asociaţia WorldTeach cu parteneri internaţionali (Universita degli studi di Genova; Montpellier University, Open Research Centre for International Applied Research Studies of Innovations in 6

Communication ORC IARSIC, Christian Political Foundation for Europe etc.) şi naţionali (Biblioteca Naţională a României; Universitatea "Alexandru Ioan Cuza" din Iaşi; Universitatea Transilvania din Braşov; Universitatea "Eftimie Murgu" din Reşiţa; Colegiul Naţional al Asistenţilor Sociali din România etc.).

Vizita la Universitatea din Petroşani a ambasadorului Republicii Islamice Iran în România, Excelenţa Sa Dr. Bahador Aminian Jazi, în data de 12 mai 2014 cu această ocazie intre cele două părţi au convenit să facă paşii necesari pentru o colaborare în plan universitar.

Universitatea din Petrosani a fost gazda unei întâlniri prilejuite de vizita domnului Amos Carmeli, preşedintele Asociaţiei Perach din Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel in 20 februarie 2014. În martie 2013, Universitatea din Petrosani a găzduit un eveniment ştiinţific organizat de Ambasada Canadei în Romania în parteneriat cu Universitatea din Petroşani. Acest eveniment a avut ca obiectiv conferinţa susţinută de Excelenta Sa, Philippe BEAULNE, Ambasadorul Canadei, privind "Responsabilitatea socială corporatistă în domeniul exploatării resurselor naturale şi asigurarea dezvoltării durabile".

Au fost semnate Parteneriate în cercetare cu Academia de Mine din Sankt Petersburg, Universitatea de Mine din Moscova, Universitatea de mine si Geologie din Sofia, Brithis Columbia University of Vancuver Canada şi s-au continuat relaţiile de colaborare existente cu Indian Institut of Technology Kharagpur India şi toate universitătile tehnice din Europa (Polonia, Cehia, Turcia, Italia , Germania şi Franţa).

Au avut loc întâlniri ale reprezentanţilor Universităţii din Petroşani la Academia de tiinţele Naturii din Moscova, Secţia de Mine şi Metalurgie, National University of Science and Technology Moscova şi National Mineral Resources University Sankt Petersburg în august 2015 pentru stabilirea de colaborări în cercetare cu aceste universităţi şi academii de ştiinţe.

Participarea la cea de a 26 Annual General Miting & Conference Society of Mining Professors SOMP, 21 – 26 iunie 2015 la TU Bergakademie Freiberg şi cu ocazia ceremoniei de aniversare a 250 de ani la TU Bergakademie Freiberg, 19 – 21 noiembrie 2015 sunt acţiuni care creează vizibilitate Universităţii din Petrosani şi asigură o stabilitate în buna colaborare şi tradiţie.

De asemenea am fost invitati şi am participat la Ambasada Stelor Unite din Bucureşti la evenimentul Bussines Lunch în cercetare, în martie 2015 un bun prilej de a deschide noi oportunităţi în cercetare şi pe continentul american.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

4. Respectării eticii în cercetarea ştiintifică O problemă actuală şi de mare importantă pentru desfăşurarea activitătii de cercetare ştiinţifică o reprezintă problema de etică în cercetare.

Cercetarea ştiintifică implică o responsabilitate pe mai multe planuri: ştiinţifică, morală, socială, politică, etc. Cercetătorul ştiinţific care efectuează o cercetare este direct răspunzător pentru descoperirea sa. Elementul central, al oricărei etici a activităţii de cercetare ştiinţifică îl reprezintă responsabilitatea cercetătorului faţă de munca sa, dar mai ales de rezultatele acesteia. Cercetătorul ştiinţific trebuie să justifice actul de cercetare, să justifice utilitatea şi valabilitatea rezultatelor obţinute, să încerce să aducă prin cercetarea sa un beneficiu societăţii. Având în vedere aceste aspecte, orice cercetare ştiinţifică trebuie pusă sub semnul unei cenzuri morale. Activitatea de cercetare este o activitate de înalt prestigiu profesional, care reclamă în mod obligatoriu un stil de muncă sau un model de conduită şi care implică următoarele aspecte: (i) seriozitate în alegerea şi tratarea temei de cercetare; (ii) responsabilitate profesională, morală şi socială; (iii) respect faţă de muncă, faţă de tema cercetată, faţă de cercetător; (iv) sinceritate şi modestie; (v) o cooperare sinceră, corectă în cadrul colectivului de cercetare; (vi) respectarea ierarhiilor, respectiv a statutelor şi rolurilor, în colectivul de cercetare respectiv; (vii) comunicarea rezultatelor cercetării după o prealabilă şi serioasă

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

verificare a acestora, comunicare ce trebuie să aibă caracter de corectitudine şi valoare ştiinţifică.

Etica cercetării trebuie să aibă în vedere şi "abaterile morale" ale cercetătorilor ştiinţifici.

Printre "abaterile morale" de la normele eticii cercetării ştiinţifice sunt menţionate aspectele frecvent întâlnite: • furtul de idei; • cercetări cu caracter paralel care urmăresc subminarea unei activităţi autentice de cercetare pentru a o devaloriza, a o face lipsită de interes, de utilitate; • comunicarea unor rezultate incorecte, false din punct de vedere teoretic sau oferirea unor produse nesemnificative, inutile sau chiar periculoase; • utilizarea activităţii de cercetare ştiinţifică în scopuri contrare intereselor sau securităţii umanităţii, în scopuri nocive, antisociale, distructive etc.

Nu se poate face nici o cercetare ştiinţifică având un caracter riguros ştiinţific fără ca aceasta să fie guvernată de anumite “principii” sau “legi” care să le conducă. Aceste principii sunt necesare, întrucât ele reprezintă normele de care orice cercetător este obligat să ţină seama în activitatea sa. Ele reprezintă nu numai nişte reguli de urmat de către cercetătorul ştiinţific în activitatea sa de cercetare, ci şi nişte “repere morale” ce obligă şi impun la o atitudine etică a celui care cercetează faţă de obiectul cercetării sale, dar mai ales de rezultatele obţinute de acesta în urma analizei metodice a obiectului cercetat.

7

ANALIZA DIAGNOSTIC A SITUAŢIEI ACTUALE A CE HUNEDOARA (Partea I) Emil FLORUŢ* 1. Necesitatea şi oportunitatea restructurării Societăţii CEH Societatea Complexul Energetic Hunedoara a fost înființată prin fuziunea SC Electrocentrale Deva și a SC Electrocentrale Paroșeni.și prin absorbţia minelor viabile din cadrul Companiei Naționale a Huilei (CNH), respectiv: E.M Lonea, E.M. Livezeni, E.M. Vulcan și E.M. Lupeni și a Exploatării de Preparare a Cărbunelui Valea Jiului și Stația de Salvare Minieră.

Obiectivul înfiinţării CE Hunedoara a fost acela de a creşte eficienţa, în contextul pieței de energie de la acel moment, atât a activităţii de exploatare a huilei din Valea Jiului, cât și activitatea de producere a energiei electrice și termice pe bază de huilă din cele două centrale existente în zonă (CET Paroșeni și CTE Deva).

Evoluțiile ulterioare ale pieței de energie electrică, precum și lipsa resurselor financiare necesare realizării programelor de investiții, care ar fi trebuit realizate în special la nivelul sectorului minier, în vederea reducerii costurilor huilei, au determinat deteriorarea situației financiare a companiei, datoria curentă netă a acesteia ajungând la sfârșitul anului 2014 la circa 462,7 milioane lei. În același an, CE Hunedoara a înregistrat o pierdere de 352,3 milioane lei.

Analizarea situaţiei economice a CEH a indicat necesitatea luării unor măsuri adecvate de restructurare şi reorganizare care să permită redresarea companiei în contextul defavorabil de pe piața de energie pentru producătorii de energie pe bază de cărbune.

2. Analiza funcționării CE Hunedoara pe piața de energie electrică Centralele aparținând CE Hunedoara au avut la 1 ianuarie 2015 o putere instalată de 1225 MW și o putere netă de 1063 MW prin rețelele de 220 kV și 400 kV, amplasate în zona Banat a SEN care, împreună cu hidrocentralele existente, înregistrează o putere totală instalată de 3143 MW, respectiv o putere disponibilă de 2788 MW .

Având în vedere consumul total al zonei Banat în anul 2012 la vârf de sarcină de 1220 MW, respectiv la gol de sarcină de 515 MW, rezultă că această zonă era excedentară de putere.

Pe de altă parte, doar centralele electrice aparţinătoare CEH-SA pot opera fără constrângerile

datorate condiţiilor meteorologice.

Astfel, termocentralele CEH sunt singurele care pot asigura stabilitatea Sistemului Energetic Naţional care înregistrează un mare deficit de unităţi de producere a energiei electrice.

Intrarea pe piața de energie electrică în ultimii ani a energiei electrice produse din surse regenerabile de energie, în special în centrale electrice eoliene și fotovoltaice a avut următoarele consecințe:  Reducerea cotei de piață în special a producătorilor de energie electrică cu funcționare pe cărbune (huilă și lignit);  Funcționarea neeconomică la sarcini parțiale a unor grupuri energetice pe cărbune;  Creșterea costului cu energia electrică la nivelul consumatorului final datorită aplicării schemei de sprijin, etc. În conformitate cu datele prezentate anterior, cota de piață a CE Hunedoara s-a redus în perioada 2012-2014 de la 5,9% la 4,25%. Această reducere trebuie analizată în corelare cu evoluția tranzacțiilor pe piața angro în această perioadă.

Conform datelor prezentate de rapoartele ANRE, în perioada 2012-2014 se remarcă o reducere a prețului mediu de vânzare a energiei electrice, astfel: - de la 215,2 lei/MWh la 173,9 lei/MWh pe piețele centralizate de contracte bilaterale; - de la 217,47 lei/MWh la 153,0 lei/MWh pe piața pentru ziua următoare; - de la 297,57 lei/MWh la 162,63lei/MWh pe piața intra zilnică; - de la 291,61 lei/Mwh la 243,35 lei/MWh pe piața de echilibrare.

Cu un preț mediu de 271 lei/MWh CE Hunedoara se situează între producătorii de energie electrică cu prețul cel mai mare. În aceste condiții este dificilă participarea competitivă pe piața internă de energie electrică.

Dacă se analizează și evoluția prețului mediu de vânzare la export în perioada 2012-2014, se observă scăderea acestuia de la 223,15 lei/MWh la 173,47 lei/MWh în anul 2014 când exportul României a atins valoarea maximă de circa 7 TWh. Rezultă că CE Hunedoara, în condițiile actuale de funcționare, nu are condiții competitive de participare la export de energie electrică.

* Dr.ing. – Director General C.E. Hunedoara 8

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

2.1 Analiza de ansamblu a pieţei regionale de cărbune. Identificarea principalelor implicații pentru companie Cărbunele joacă un rol important în economia europeană. Peste 25% din electricitatea din UE vine din cărbune, unde in această industrie şi activităţile conexe activează mai bine de 200 000 de oameni.

Echilibrarea necesarului de cărbune cu impactul asupra mediului este o provocare atât pentru industria cărbunelui cât şi a factorilor de politică europeană.

Argumentele economice pentru cărbune au schimbat recent balanţa în favoarea sa. După ani de declin, cererea pentru cărbune în UE a inceput să crească din nou. Pe de altă parte, multe centrale termoelectrice pe cărbune se vor confrunta cu închiderea datorită noilor limite de poluare a aerului care intră în vigoare în 2016. Producţia de cărbune in UE va fi afectată şi de etapa de acordare a ajutorului de stat pentru închiderea minelor pană in 2018. În plus, politicile de reducere a emisiile de gaze cu efect de seră au profunde implicaţii asupra industriei cărbunelui. 87 % din emisiile de CO2 din UE provin din producerea de energie electrică.

Singurul mod de a reconcilia utilizarea cărbunelui in sistemul energetic, este o mai mare flexibilitate in abordare, eficientizarea asimilării dioxidului de carbon.

Uniunea Europeană este a treia regiune a cărbunelui, după China şi America de Nord. In fiecare an, se extrag în jur de 130 de milioane de tone de cărbune şi se importă alte 210 milioane de tone. 25% din producţia de electricitate provine din arderea huilei și a lignitului. In ciuda acestor statistici, utilizarea huilei şi a lignitului pentru producerea de energie electrică, nu este întotdeauna privită pozitiv. Acestea resurse sunt abundente, cunoscute şi accesibile astfel încât contribuie la securitatea şi competitivitatea energiei în UE. 88% din rezervele de energie primară fosilă din UE sunt sub formă de huilă şi lignit. Important de spus este că, politica energetică a UE cu obiectivele sale, a permis deplasarea consumatorilor de energie spre gaz. Acesta este unul din motivele pentru care gazele sunt atât de scumpe.

In lume rezervele de huilă şi lignit sunt suficiente pentru următorii 137 ani la nivelurile actuale de producţie. Spre deosebire de gaz şi petrol, cărbunele este larg distribuit în jurul lumii cu mari rezerve în SUA, Rusia şi China.

Din acest motiv, cărbunele oferă un nivel mai mare de securitate. Majoritatea cărbunelui produs (extras) este utilizat în ţara in care se realizează extracţia. Acolo unde există o sursă indigenă de cărbune, garanţia de furnizare este evidentă. Acolo unde cărbunele este importat, economia este

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

sustinută de o piaţă concurenţială şi o infrastructură dezvoltată. Cota de 3% a Uniunii Europene a rezervelor de energie din resursele globale este destul de mică.

2.2 Principalele implicaţii pentru CE Hunedoara  La nivel european chiar dacă abordarea de necesitate, de continuare şi creştere a producţiei de cărbune există (datorată faptului că se va asigura stabilitatea energetică prin exploatarea rezervelor existente de cărbune şi implicit crearea rezervei de poziţionare in raport cu petrolul şi gazele) existenţa/inexistenţa exploatărilor de huilă din Romania, care produc 1-1,5 milioane de tone anual, este nesemnificativă ca şi cantitate și calitate, implicând totodată costuri mari de exploatare;  Chiar dacă se discută despre o ameliorare a condiţiilor de funcţionare impuse centralelor termoelectrice pe cărbune legată de emisii, aceasta nu va produce un reviriment de menţinere in funcţionare, respectiv in menținere a capacităţilor de producţie din mineritul românesc de huilă la parametrii realizaţi in prezent, funcţionarea acestora trebuind să se realizeze intr-o Europa competitivă;  Singura menţiune este că la acest moment, dacă strategic se decide menţinerea capacităţilor de producție a huilei, trebuie acordată o perioadă de timp și fonduri financiare corespunzătoare, pentru optimizare/retehnologizare/restructurare.

2.3. Analiza direcției strategice și a poziției competitive a CE Hunedoara Prin natura, amploarea şi implicaţiile economice, sociale şi politice ale activităţilor desfăşurate, bazinul minier Valea Jiului a ocupat, şi continuă să ocupe încă, o poziţie distinctă la nivel naţional. Limitată şi relativ izolată geografic, zona Văii Jiului a generat o problematică economicosocială aparte.

Producţia de huilă din Valea Jiului a crescut în mod continuu în perioada socialistă, de la 4.182.953 tone în anul 1960, 7.816.152 tone în anul 1970, 9.236.400 tone în anul 1980 şi 11.890.368 tone în anul 1989.

Rezultatele economice au continuat însă să se degradeze pentru că disponibilizările de personal nu au fost precedate şi nici însoţite de restructurări tehnice şi reorganizări.

Se poate estima că evoluţia costurilor de producţie şi eliminarea subvenţiilor pentru producţie (cerută de UE) va conduce la reducerea tot mai accentuată a competitivităţii preţului huilei din producţie internă comparativ cu preţurile 9

practicate pe pieţele internaţionale şi deci la restrângerea semnificativă a producţiei.

Zăcămintele din România sunt situate în condiţii geo-miniere complexe, iar caracteristicile mineralogice, cele care influenţează calitatea cărbunelui, se situează la limita inferioară. Din punct de vedere economic şi energetic pentru producţia de energie electrică, huila indigenă, fără subvenţii pentru susţinerea unui program de investiţii necesar realizării producţiei de calitate, nu este competitivă faţă de cărbunele energetic importat.

3. Analiza structurii veniturilor și identificarea principalelor riscuri și a constrângerilor critice În principal, veniturile realizate de CE Hunedoara provin din vânzarea energiei electrice pe diverse piețe, vânzarea energiei termice și din prestarea de servicii de sistem în cadrul SEN (reglaj secundar, rezervă terțiară rapidă, rezervă terțiară lentă).

Structura veniturilor CE Hunedoara în anul 2014, este prezentată în figura 1.

Fig. 1. Structura veniturilor CE Hunedoara în anul 2014 Se poate observa din această figură că veniturile din vânzarea energiei electrice pe piețele specializate au avut ponderea cea mai mare în veniturile CE Hunedoara în anul 2014 (61%), urmate de veniturile din servicii de sistem cu o pondere de circa 26%.

Veniturile din energia termică au o pondere în total venituri CE Hunedoara de circa 2%, la care se adaugă venituri din bonusul de cogenerare cu o pondere de 5% din total venituri la nivel companie.

Veniturile din bonusul de cogenerare au putut fi obținute datorită funcționării în regim de cogenerare a grupurilor energetice din CE Hunedoara, corelat cu necesarul de energie termică al consumatorilor. În anul 2014 energia electrică livrată de CE Hunedoara s-a tranzacționat cu precădere pe piața pentru ziua următoare (PZU), pe piața de echilibrare și către consumatori eligibili. Ponderile vânzărilor CE Hunedoara pe piețele specializate de energie electrică sunt prezentate în figura 3.1-2.

Astfel, vânzările de energie electrică pe PZU au reprezentat peste 87% din volumul tranzacțiilor, în timp ce vânzările pe piața de echilibrare au reprezentat circa 7% din volumul vânzărilor.

10

Preturi medii pentru servicii de sistem practicate de CE Hunedoara Prețul mediu pentru reglaj secundar (RS) are valoarea cea mai mare în perioada analizată. În același timp, prețul pentru RTL a avut o creștere substanțială în 2013 față de 2012.

Pe parte minieră, obiectul de activitate este explorarea, dezvoltarea, exploatarea, prepararea cărbunilor şi gazelor însoţitoare, argilelor, şlamului, balastului şi nisipurilor în perimetrele pentru care sa obţinut licenţa de exploatare.

Sucursalele miniere deţin licenţă de exploatare pentru perimetrele concesionate până în anul 2024.

Perimetrele concesionate au o rezervă industrială de peste 300 milioane tone huilă.

Rezerva valorificabilă de cărbune este de 56 milioane tone, asigurând continuitatea exploatării la nivelul actual de extracţie pentru o perioadă de peste 37 ani.

Pentru analiza capacităţilor de producţie la sucursalele miniere Lonea, Livezeni, Vulcan şi Lupeni, se prezintă tabelul 1 care sintetizează starea tehnică a unităţilor miniere.

Din datele prezentate se observă că gradul de asigurare cu rezerve deschise de cărbune în exploatările miniere variază de la 1,2 ani (EM Lupeni) la 5,68 ani (EM Lonea), în timp ce gradul de asigurare u rezerve pregătite variază de la circa 6 luni (EM Lupeni), la circa 23 luni (EM Vulcan).

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

Tabelul 1 Starea tehnică a unităților miniere Nr. crt 1

Specificaţie Nr. licenţa de exploatare (durata de valabilitate licenţa)

2 Condiţii geologice ale zăcămantului

3 Rezervele bilanţ A+B+C1 la 01.01.2015 4 Rezerva deschisă la 01.01.2015 Grad de asigurare cu rezerve deschise 5 la 01.01.2015 6 Rezerva pregatită la 01.01.2015 7 Grad de asigurare cu rezerve pregătite Volumul lucrărilor de deschidere necesare ptr 8 2016 – 2024 (cf SF) Indicele deschidere necesar ml/1000t Volumul lucrărilor de pregătire necesare ptr 10 2016 – 2024 (cf SF) Indicele de pregătire necesar ml/1000t 12 Strate de cărbune in exploatare Umiditate Parametrii de Cenusă la anhidru 13 calitate Sulf total carbuni Putere calorifică inferioară Producţie preliminată 240.000 tone/an 14 in 2015 Total CEH 1340 mii tone 15 Numar total de angajaţi,

16

Metodele de exploatare utilizate

metoda de exploatare cu abataje frontale a stratelor groase cu stậlpi lungi pe înclinare Stare tehnică metoda cadru de exploatare cu utilaje banc de carbune subminat (Uzate cu pentru strate groase si inclinare durata medie 17 normata de (α STRAT=250÷450), funcţionare metoda de exploatare a depasita) stratelor groase in felii orizontale cu abataje front scurt, aerisite cu aeraj parţial.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

EM Lonea

EM Livezeni

EM Vulcan

1571/2000 1573/ 2000 1575/2000 (20 de ani) (20 de ani) (20 de ani) Monoclin cu dir Cuta Sinclinal cu stratelor SV-NE şi anticlinala inclinare flanc N înclinarea 10o-35o faliata dir. NV 35-55o şi S de 15o spre Nord-Vest, – SE sau SV - – strate efilate si faliat NE fracturate 71.078.000 7.186.609 tone 23.155.000 tone tone 1.376.520 tone 1.420.400 tone 1.219.050 tone

EM Lupeni 1577/2000 (20 de ani) Sinclinal cu flancuri asim cu înclinări ale stratelor pe dir N-S sau NE-SV 30.793.000 tone 529.900 tone

5,68 ani

3,5 ani

4,76 ani

1,2 ani

173.180 tone 8,57 luni

359.400 tone 12 luni

491.050 22,99 luni

216.200 tone 5,89 luni

3460 m

1105 m

3700 m

1832 m

0,83

0,58

0,76

0,29

17.493 m

16.508

19.643 m

17.147 m

4,22 Strat 3 3,7 % 36.43 % 2,01 % 3743 kcal/kg

3,56 4,5 3,06 Stratele 3 , 13 Strat 3 Stratele 3 si 5 4,29 % 1,10-7,90 %; 13 22,95 % 5,30-49,60 3,08 % 0,54-6,18 %; 5731 4243-7107 kcal/kg kcal/kg 260.000 tone/an

440.000 tone/an

14

916 metoda de exploatare cu abataje frontale a stratelor subţiri cu stâlpi lungi pe înclinare

951

777

1326

-

Stratele13 și 5

-

-

Stratul 3

-

Stratul 3

-

Stratul 3

Stratul 3

-

-

400.000 tone/an

11

metoda de exploatare a stratelor groase in felii orizontale cu abataje frontale metoda de exploatare a stratelor groase cu înclinare medie prin subminare în spatele liniei de front metoda de exploatare combinată avans - retragere în felii cu anataje frontale x 18 Autorizaţie de mediu de funcţionare

19 Alţi parametrii de atenţie in analiză

Stratul 3

-

-

x HD 28 31.01.2013

x HD 151 11.05. 2012

x HD 29 31.01.2013

17 HD 6 17.02.2013 Afluenta mare de Trasee lungi de Submin. strat 5, Subminare str 5 ape, transp in subt, Str 3 in jomp, lucr Cocs 47,80-72,50 Neasigurarea exceptie str 13 de pregatire %; indicilor de Limitare aeraj intarziate deschidere si general pregatire

Limitările interne în optimizarea nivelului de producţie în cadrul sucursalelor miniere sunt legate de: - Condiţii geologice dificile datorate fracturării/tectonizării zăcământului, prezenta metanului şi tendinţa de autoaprindere a cărbunelui; - Nerespectarea principiului de exploatare a perimetrului minier de la extremităţi spre axul central (aplicat din dorinţa de intrare in timp scurt in exploatare şi de a reduce cheltuielile de exploatare) a condus la reducerea posibilităţilor de dezvoltare in perspectivă şi a zonelor disponibile pentru extragerea carbunelui; - Nerealizarea lucrărilor miniere de deschidere (vezi gradele de asigurare Lupeni si Livezeni) şi a celor de pregătire (vezi Lupeni, Livezeni si Lonea); - Volum mare necesar de lucrări de deschidere şi pregătire pentru asigurarea capacităţilor de inlocuire pentru producţie; - Conţinut ridicat de cenușă şi sulf; - Contribuţie redusă în cărbunele exploatat a tehnologiilor mecanizate de productivitate;

12

- Toate unităţile miniere au utilajele şi echipamentele uzate, cu durata normată de funcţionare depășită; - Sincope mari in aprovizionare şi asigurarea cu materiale, datorate in principal lipsei resurselor financiare; - Acoperirea cu personal la limita normării activităţilor desfășurate in mină; - Subminarea stratelor de cărbune; - Trasee lungi de transport in subteran; - Limitări ale capacităţii de asigurare cu aer proaspăt a fronturilor de lucru; - Afluenţe mari de apă in subteran ce necesită evacuarea continuă la suprafată cu costuri mari.

Bibliografie 1. Planul de restructurare al CE Hunedoara, CEH Petrosani, 2015 2. Plan de afaceri SC ISPE SA, Bucuresti, 2015 3. Societatea Complexul Energetic Hunedoara SA http://www.cenhd.ro/index.php/date-generale/

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

DETERMINAREA STĂRII DE TENSIUNI ŞI DEPLASĂRI PRIN METODA ELEMENTULUI FINIT LA CAPUL DE SONDĂ PENTRU FORAJUL ÎN APE ADÂNCI ŞI ULTRA ADÂNCI Lazăr AVRAM*, Claudiu TĂNASĂ*, Marius STAN*, Dan ARON** Rezumat: Lucrarea propune efectuare unei analize a starii complexe de tensiuni si deformatii care se dezvolta la nivelul capului de sonda. Aceasta analiza are in vedere studierea separate, dar si prin suprapunerea efectelor a situatiilor reale de solicitare a capului de somda. Aceste situatii corespund normalitatii in exploatare conform recomandarilor API, dar se analizeaza si situatiile de accident, ca de exemplu pierderea pozitionarii dinamice si intrarea in deriva. Un alt caz este dat de pierderea stabilitatii raizerului sau colapsul acestuia. Obiectivul lucrarii este de a determina o durata posibila de exploatare in functie de cazul analizat.

1. Probabilitatea aparitiei fenomenului de rupere prin oboseala a capului de sonda Odată cu creşterea adâncimii de operare, creşte şi probabilitatea apariţiei fenomenului de rupere prin oboseală a capului de sondă. În acest sens, analize elaborate trebuie realizate pentru a se asigura o stabilitate maximă a coloanei de raizere încă din faza de proiectare a execuţiei sondei.

Lungimea mare a coloanei de raizere, precum şi factorii de mediu specifici locaţiei de operare (valurile, curenţii marini etc.) influenţează negativ stabilitatea coloanei de raizere şi conduc la inducerea de mişcări oscilatorii ale acesteia, creându-se condiţiile ideale apariţiei fenomenului de rupere prin oboseală a capului de sondă. Luându-se în considerare aceste condiţii, rezultă un timp limitat al procesului care, odată depăşit, poate

duce la ruperea prematură a capului de sondă prin oboseală. Pentru un cap de sondă obişnuit, încărcările ciclice vor rezulta în accentuarea defectelor de fabricaţie (de obicei zona sudată este cea mai expusă). Odată ce zona critică atinge dimensiunile limită, inevitabil, se va produce ruperea capului de sondă. În figura 1 sunt prezentate zonele critice (concentratori de tensiuni) ale capului de sondă.

Zonele în care este favorizată apariţia ruperii prin oboseală sunt: - sudurile; - conexiunile; - zonele tranzitorii între materiale diferite.

Capul de sondă este supus solicitărilor variabile, în principal, din cauza factorilor de mediu. Din motive de simplificare a analizei, forţele de mediu ce acţionează direct asupra capului de sondă sunt neglijate.

Fig. 1 Prezentare generală a zonelor critice favorabile apariţiei ruperii prin oboseală * Dr.ing. Universitatea de Petrol şi Gaze din Ploieşti ** SC Foraj Sonde Tg Mureş

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

13

Fig. 2 Solicitări1e la capul de sondă în timpul operaţiunilor de foraj O problemă ce poate să apară în timpul procesului de foraj este aceea a deplasării platformei de foraj pe orizontală. Daca sistemul de tensionare nu este corect calibrat, poate avea ca rezultat întinderea coloanei de raizere care, mai apoi, crează tensiuni aplicate la capul de sondă. În funcţie de amplitudinea şi intensitatea acestor forţe, capul de sondă este expus la apariţia ruperii prin oboseală (fig. 2).

După cum s-a menţionat anterior, ruperea capului de sondă poate fi cauzată de încărcările excesive la care este supus din cauza mişcărilor vasului de foraj, precum şi a acţiunilor factorilor de mediu asupra coloanei de raizere.

Un aspect particular al acestei problematici îl reprezintă condiţiile limită de rezistenţă ale capului de sondă. Fenomenul apare, de asemenea, şi din cauza solicitărilor variabile normale la care este supus echipamentul pe durata procesului de foraj. Una din funcţiile principale ale capului de sondă este şi aceea de a transfera greutatea ansamblului de prevenitoare de erupţie şi a coloanei de raizere solului în care este încastrat ansamblul capului de sondă. Drept urmare, caracteristicile solului sunt importante în studiul acestei problematici a ruperii prin oboseală a capului de sondă.

Caracteristica cea mai importantă a solului în acest caz este rigiditatea. Metoda cea mai utilizată pentru stabilirea rigidităţii solului este aceea a aplicării curbelor P-Y folosite pentru determinarea rezistenţei fundaţiilor la solicitările laterale din cadrul contrucţiilor civile, caz asemănător fenomenologic cu cel dezbatut în acesta expunere.

14

Pentru determinarea curbelor P-Y sunt aplicabile următoarele standarde: - ISO 19901:4; - ISO 19902; - API RP 2A. Aceste standarde arată diferite metode de calcul pentru determinarea curbelor P-Y în funcţie de caracteristicile solului.

Rezistenţa la ruperea prin oboseală se poate împărţi în două categorii: - rezistenţă mică la ruperea prin oboseală, atunci când capul de sondă suportă mai puţin de 105 cicluri ; - rezistenţa sporită, dacă structura suportă mai mult de 105 cicluri. În primul caz putem vorbi de o structură aflată în domeniul deformării plastice, pe când cazul doi în acela al domeniului elastic. În cazul studiului de faţă, datorită cerinţelor operaţionale în forajului marin cu platforme semisubmersibile, este necesar ca echipamentul să corespunda cazului doi, al domeniului elastic.

2. Fortele ce actioneaza asupra instalatiei de foraj Un sistem de foraj marin este supus la diferite încărcări si solicitări care contribuie decisiv la apariţia ruperii prin oboseală la capul de sondă. Acestea se pot rezuma astfel (fig. 3): Date de mediu: - Adâncime de apă, - Vântul, - Curentul marin, - Valurile.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

Caracteristicile platformei semisubmersibile: - Comportamentul la acţiunea valurilor şi a vântului - Impactul curenţilor - Caracteristicile RAO (Response Amplitude Operator) Coloana de raizere: - Diametrul,

- Grosimea de perete, - Greutatea coloanei de raizere, - Tensionarea coloanei de raizere, - Dinamica şi mecanica raizerelor.

Liniile de ancorare (dacă este aplicabil) : - Proprietăţile mecanice; - Pretensionarea liniilor.

Fig.3 Prezentare generală a solicitărilor asupra instalaţiei de foraj marin 3. Metoda simplificata pentru determinarea rezistentei la oboseala a capului de sonda Determinarea exactă a numărului de zile până la apariţia ruperii prin oboseală este dificil de realizat din cauza multitudinii de factori care trebuie luaţi în considerare. O metodă simplificată şi rapidă poate ajuta la evaluarea aproximativă a impactului sistemului submersat asupra capului de sondă, astfel încât să ofere o indicaţie referitoare la performanţa sistemului din punct de vedere al apariţiei ruperii prin oboseală la capul de sondă. În urma unei astfel de analize se pot lua măsuri de îmbunătăţire a performanţelor ansamblului submersat şi obţinerea unor date estimative asupra timpului alocat operaţiunilor de foraj până când poate apărea cedarea capului de sondă din cauza ruperii prin oboseală. Criteriul de acceptare este definit de numărul de zile pentru care s-a modelat sistemul de referinţă, şi anume 365 de zile de operaţiuni. Dacă, în urma calculelor, rezultă o valoare mai mare de 365, se impun măsuri compensatorii. Altfel, se consideră încărcările ciclice asupra capului de sondă în regim normal de lucru, adică în zona normală acceptabilă [1].

Aşadar, în [1] se prezintă o metodă estimativă simplificată de determinare a acumulărilor tensiunilor pe o periodă de timp.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Metodologia este bazată pe conceptul de “zile de utilizare a ansamblului de prevenitoare de erupţie”, folosindu-se o instalaţie de foraj marin generică ca şi model, comparativ cu alte instalaţii similare. Aşa cum s-a arătat mai sus, pentru determinarea cât mai exactă a numărului de zile rămase în exploatare pentru capul de sondă, carcteristicile constructive ale platformei de foraj, precum şi echiparea sunt determinante în acurateţea analizei.

Fig.4 Încărcările ansamblului de prevenitoare de erupţie [1]

15

Folosindu-se date iniţiale elementare cum ar fi: înălţimea şi greutatea ansamblului de prevenitoare de erupţie, suprasarcina exercitată asupra părţii superioare detaşabile a ansamblului de prevenitoare de erupţie şi rigiditatea articulaţiei inferioare, se poate determina, cu o acurateţe accepabilă, durata de viaţă a capului de sondă.

Pentru stabilirea modelului de referinţă sau folosit 365 de zile de operaţiuni.

Conform calculelor efectuate pe un sistem operational existent, se observă că se depăşeşete limita de referinţă care s-a impus, şi anume, 365 de zile, comparativ cu referinţa folosită în analiză. Drept urmare, se impun măsuri corective asupra sistemului pentru a reduce nivelul încărcarilor la capul de sondă. În aceste condiţii, pentru a creşte eficienţa sistemului în sensul reducerii tensiunilor acumulate la capul de sondă, propunem următoarele îmbunătăţiri: 1. Un sistem de reducere a greutăţii ansamblului de prevenitoare de erupţie se poate realiza prin legarea acestuia cu cabluri de platformă de foraj. Bineînţeles, acestea trebuie să aibe sistemul de compensare coordonat cu sistemul de compensare verticală a platformei. Aceste linii de suspendare au rolul de a reduce încărcările ciclice la capul de sondă.

2. Reducerea greutăţii ansamblului de prevenitoare de erupţie prin eliminarea unui prevenitor inelar din cele două existente. Acest lucru scade, totodată, şi înălţimea ansamblului de prevenitoare care,

este un factor amplificator al mişcărilor ciclice la capul de sondă.

Prin adoptarea masurilor compensatorii s-a constat o imbunatatire cu pana la 50% a performantelor sistemului.

In completare, pentru a pune in evidenta zonele cu tensiuni, s-a procedat la verificarea calculelor teoretice folosind o solutie software bazata pe metoda elementului finit.

4. Studiu static şi dinamic al capului de sondă Acest studiu s-a realizat folosindu-se programul SOLIDWORKS în vederea creării diagramelor de tensiuni conform calculului teoretic realizat anterior. Din punct de vedere dimensional, structura de analizat, se prezintă conform figurii 5.

S-a realizat modelarea 3D a capului de sondă. În figura 6 s-a prezentat structura interconectată a reţelelor de primitive (celule geometrice) ce au scopul de a modela matematic şi geometric suprafaţa obiectului /corpului tridimensional.

Această structură/reţea ajută la împărţirea corpului în mici celule geometrice, necesare modelării matematice, ca în final, pe baza acestora, să se poata realiza simularea mecanică. În imaginea din figura 7 se prezintă momentul de torsiune (circa 210 kN.m) transmis pe suprafeţele principale de contact cu capul de sondă la un unghi de 10.

Imaginea din figura 8 prezintă diagrama de deformaţii specifice elastice (tangenţiale) orientate după direcţia X a sistemului cartezian la un unghi de 10.

Fig. 5 Desen de ansamblu al capului de sondă

16

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

Fig.6 Metoda de analiză cu element finit; Fig.7 Momentul de torsiune pentru unghiul de 10 structura mesh-ului Mai exact spus, la bază (zona cordonului de sudură) se produce alungirea fibrei materialului, pe când în zona de etanşare se produce o comprimare a fibrei. Aceasta contracţie este generată de forţa de apăsare a bucşei în peretele interior al tubulaturii, ceea ce reprezintă un sistem rigid pentru sistemul de deformaţii.

De asemenea, în zona “rece” sau “albastră”, la faţa superioară a capului de sondă, se produce compresiunea fibrei materialului datorita planului înclinat.

Aceste tensiuni sunt produse în zona rezemării ansamblului de prevenitoare de erupţie. De asemenea, simetria dintre valorile opuse ale deformaţiilor elastice este dată de momentul de torsiune şi forţa de încovoiere.

Astfel, zona “albastră” este supusă compresiunii, iar zona “roşie” este supusă întinderii materialului. În figura 9 este prezentată diagrama deformatiilor specifice elastice (longitudinale) orientate după direcţia Y a sistemului cartezian.

Fig.8 Diagrama deformării elastice tangenţiale pe axa X la un unghi de 10

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Fig. 9 Diagrama deformării elastice longitudinale pe axa Y la un unghi de 10

17

această imagine este reprezentata şi secţiunea în care este indicată alungirea datorită momentului de torsiune şi forţei încovoietoare.

Compresiunea s-ar fi produs în secţiunea opusă.

Imaginea din figura 11 reprezintă diagrama de deformaţii specifice elastice (tangenţiale) orientate după direcţia Z a sistemului cartezian.

Ca şi în cazul deformaţiei după axa X, se produce o simetrie a deformaţiilor elastice, simetrie indicată de diagrama alaturată. În

Fig.10 Diagrama deformării elastice tangenţiale pe axa Z la 10 References 1. Holden, H., Bjønnes, P., Russo, M. A simplified methodology for comparing fatigue loading on subsea wellheads OMAE2013-11529, June 2013, Nantes, France 2. * * * https://en.wiki2.org/wiki/Von_Mises_yield_criterion 3. de Brito Veras, O., Simpson, P. J., Roveri F. E. A System For Measuring Wellhead Bending Moments During Completion Operations, 2H Offshore, 2010

18

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

CERCETARE ASUPRA TRANSMISIBILITĂŢII CUNOŞTINŢELOR ŞI TEHNOLOGIEI ÎN INDUSTRIA MINIERĂ Pawel KOLODZIEJCZYK*, Jan PALARSKI*, Franciszek PLEWA* Rezumat: Transmisibilitatea geografică a tehnologiei prezintă potenţialul de a eficientiza utilizarea resurselor. Cu toate acestea, transmisibilitatea neadecvată a datelor poate determina rezultate derutante. Utilizarea automatizării, a tehnologiei informaţiilor şi a tehnicilor de comunicare depind de mărimea minei. În privinţa minelor de dimensiuni reduse, cele mai importante limite sunt impuse de costuri si de lipsa cunoştinţelor si a know-how-ului. Ca urmare a acestor limite, minele de dimensiuni reduse trebuie să întrebuinţeze tehnologii miniere şi IT deja dezvoltate. În Europa, sunt mai mult de 120 de mine de dimensiuni mici, care nu au posibilitatea să realizeze cercetări specifice şi nu au departamente de dezvoltare tehnică, deoarece acestea nu sunt percepute ca generatoare de profit imediat şi, în general, presupun un risc mai mare în ceea ce priveşte profitul de pe urma investiţiei. De aceea, minele de dimensiuni reduse trebuie să preia tehnicile miniere şi tehnologiile deja dezvoltate în cadrul altor proiecte. Lucrarea de faţă prezintă o perspectivă proprie asupra problemei transferabilităţii cunoştinţelor şi tehnologiei in industria minieră.

Cuvinte cheie: transferabilitatea rezultatelor, mină de cărbune subterană, tehnologie ICT, OPTI-MINE 1. Introducere O definiţie curentă a transferabilităţii descrie procesul drept un transfer al cunoştinţelor şi bunelor practici între parteneri. Studiile cu privire la acest transfer evidenţiază caracterul şi conţinutul specific al datelor transferate şi modificările acestora de-a lungul întregului proces. Mai mult, transferul alocă atenţie comportamentului şi rolului instituţiilor sau companiilor şi indivizilor în timpul desfăşurării procesului. Astfel, transferabilitatea depinde, în mare măsură, de acţiunea comună a tuturor partenerilor. Trebuie remarcat faptul că transferul nu include doar simpla copiere a soluţiilor de succes, ci permite efectuarea unor modificări substanţiale. Transferabilitatea unei soluţii şi tehnologii este înţeleasă drept abilitatea sau posibilitatea de a realiza transferul. În cadrul lucrării de faţă, analiza transferabilităţii este un proces de evaluare a posibilităţii de transfer a unei soluţii inovatoare, implementată cu succes, de la o mină la altă mină (într-un stadiu de dezvoltare similar sau incipient).

Este important să amintim faptul că ceea ce este eficient pentru o mină nu este, în mod necesar, eficient şi pentru cealaltă. Procesul analizează condiţiile contextuale care influenţează implementarea potenţială în cadrul minei care preia transferul precum şi utilizarea experienţei minelor de elită. Analiza transferabilităţii reprezintă o oportunitate de a învăţa din experienţele precedente de implementare, permiţând totodată exploatarea oportunităţilor şi ocolirea greşelilor.

Utilizarea analizei transferabilităţii prezintă o multitudine de avantaje:

* Univ. Sileziană de Tehnologie, Polonia ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

    

Nu implică reinventarea roţii Defineşte clar soluţia inovatoare Permite compararea diverselor soluţii inovatoare Permite o cercetare sistematică a inovaţiei Se concentrează asupra esenţei şi reduce complexitatea soluţiei  Reduce riscurile unor decizii greşite  Permite verificarea timpurie a posibilităţii de aplicare  Permite învăţarea de pe urma greşelilor şi problemelor altora  Procesul în sine determină implicarea părţilor interesate şi a experţilor Este important să amintim faptul că transferabilitatea nu reprezintă un proces de tipul totul sau nimic, putându-se distinge trei grade diferite de transfer al cunoştinţelor şi tehnologiei (Tabelul 1).

Tabelul 1 Diferite grade de transferabilitate Transferul direct sau complet al Copierea soluţiei curente Transferul ideilor din spatele Emulaţia proiectului Rezultatul final nu se bazează, de fapt, Inspiraţia pe ideea originală

Procesul fundamental de transferabilitate trebuie să includă răspunsuri cu privire la o întreagă listă de întrebări privind transferul, care va permite concentrarea atenţiei asupra aspectelor variate ale acestui proces complicat:  Ce se transferă?  De unde se pot învăţa lecţiile?  Care sunt diferitele grade de transfer?

19

 Care sunnt paşii cheiee ai procesuluui de transferr?  Ce limiteează sau faciilitează proceesul de transfer?  Care sunnt condiţiile iniţiale i şi cerrinţele iniţialle?

Ideea de transferaabilitate a foost parte a unui u proiect dem monstrativ de tip OPTI-M MINE, finanţaat de Fondul de Cercetare pentru p Cărbuune şi Oţel al Comisiilor Europene (G Grant Agreem ment RFCP-CT2011-000011), care urmărea integrarrea şi instalaarea celor mai noi soluţii ICT în minerit, m la sccară industrială, şi concenntrarea dateelor tehnicee şi economice în vederea realizării r unnei implemenntări europene extinse, în inndustria minnieră, cu risscuri minime. Nuu au fost dem monstrate doaar noile apliccaţii ICT, ci şi inntegrarea sisttemelor ICT într-o platfoormă de reţea deeschisă cu bandă b largă şi configurraţie standardizattă (TCP/IP)). Posibilele aplicaţii ale platformei sunt s prezentaate în fig 1. Astfel A processele, ca întreg, sunt optim mizate, ceeaa ce determ mină creşterea sigguranţei şi efficienţei minnelor [4].

LO OGISTICĂ Tran nsport utilaje şi materiale

PLANIFICAR RE Cercetare cu d date online

F FINANŢE Opttimizare şi control al costurilor

OPERARE O In nformaţie concisă, operativă în timp real

ICT T în reţea

RE EPORTING R Rapoarte efficiente şi precise

MENTENANŢĂ Diagnoză şi control exact

INFRA ASTRUCTURĂ Contro ol al accesului la daate de mediu SIG GURANŢĂ Localizare şi identificare

Fig. 1 Poosibile aplicaţii ale platfformei ICT înn minelle de cărbunni. (www.optii-mine.eu) 2. Metodoologie Întrebuuinţarea mecanizării, m automatizării, tehnicilor informaţionnale şi comunicaţion c nale depinde de mărimea minei. m Limiteele majore care c privesc minnele de dimeensiuni redusse sunt costuurile precum şi cunoştinţele c ş know-how şi w-ul insuficieente, care determ mină astfel de d mine să preia p tehnollogii miniere şi IT I deja existtente [1]. În întreaga Eurropă există pestee 120 de mine de dimennsiuni mici (din care, aproxiimativ 40, înn Uniunea Europeană).

E P Prin mină de dim mensiuni redduse se înţeleege mina a cărei c rată de prodducţie reprezzintă în jur de 0,5 miliooane de tone pe p an sau mai puţin. Ca urmaree a competitivittăţii şi perfoormaţelor lim mitate, astfell de mine nu reuuşesc, în geeneral, să reaalizeze cerceetări specifice, iar departaamentul dee cercetare şi dezvoltare tehnică, fiee cuprinde ingineri i şi este 20

orieentat către dezvoltarea d ddirectă a noiilor produse,, fie cuprinde oameni de ştiinţă din n domeniull ind dustriei şi estte orientat sppre cercetaree aplicată înn dom menii tehnologice caare ar puttea facilitaa dezzvoltarea ultterioară a prroduselor. Un U asemeneaa dep partament nu determ mină profiit imediat,, preezentând, în general, g riscuuri mai marii şi un profitt nessigur de pee urma invvestiţiei. Dreept urmare,, min nele de dimeensiuni redusse sunt oblig gate să preiaa şi să s adopte tehhnici minieree şi tehnologii dezvoltatee pen ntru minele mari, m în cadrrul unor proiiecte precum m OP PTI-MINE. Este important să ream mintim faptu ul că minelee marri au deseorri nevoi difeerite de cele ale minelorr micci. Cu toaate acestea, rezultatelee diverselorr pro oiecte perm mit minelor mai micii adaptareaa solu uţiilor IT reaalizate cu coosturi reduse şi bazate pee platforma de comunicaţii ssubterane deeschise, caree determină costuuri reduse dee adaptare (p pentru nevoii lim mitate). Multte cazuri reeale de tran nsferabilitatee dem monstrează cât de uşşor pot fi transferatee tehnologiile inoovatoare cătrre alte mine (similare ( sauu mai puţin avannsate tehnologic). Transsferabilitateaa ofeeră totodată cunoştinţe ccare asigură participareaa min nelor mai mici la progresul teh hnologic şii eco onomic realizzat prin cele mai noi tehn nologii IT şii ICT T. Fundamenntul esenţial al transferaabilităţii estee exp perineţa câşttigată în caddrul proiecteelor, în modd speecial în cadrul implem mentării ap plicaţiilor şii dem monstraţiilor industrialee ale celor mai noii tehnologii. Deooarece OPTI--MINE a fosst un proiectt dem monstrativ, care avut drept scop integrarea,, insttalarea şi opperarea noiloor aplicaţii ICT I la scarăă ind dustrială, a fost desfăşuurat în cincci mine dee cărb buni subteraane diferite din Europaa, fapt ce a perrmis colectaarea unei ccantităţi maari de datee heterogene. Demonstraţia D a priveşte tehnologiaa info ormaţională şi de comunnicare de vâârf, necesarăă pen ntru logisticca procesellor miniere subterane,, tran nsport, perrsonal, utiilaje, com municare şii localizarea personalului. p Beneficiiile acesteii opttimizări atottcuprinzătoarre a processului minierr priv vesc îmbunăătăţirea conssiderabilă a eficienţei şii sigu uranţei mineelor, a impacctului asupraa mediului, a sigu uranţei ocupaţionale şi săănătăţii. [3].

Generalizaarea şi transfe ferabilitatea cunoştinţelor c r treb buie să fie un rezultat cheie în caadrul tuturorr pro oiectelor, în mod speciaal în cadrull celor caree priv vesc aplicarrea noilor ttehnologii. Diseminarea D a rezu ultatelor căătre o auudienţă larg gă asociatăă ind dustriei m miniere trrebuie săă permităă tran nsferabilitateea. Transferuurile privind cunoştinţelee şi soluţiile teehnice trebuuie iniţiate de părţilee inteeresate (cunnoscători ai rezultatelorr proiectelorr dem monstrative),, care vor asigura legătura dintree elem mentele cupprinse în proiectele specifice s şii Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

bilităţii 3. Analizaa transferab În caddrul lucrării de faţă see întrebuinţeează următoarea terminologgie cu priviire la posibbilul transfer al tehnologiei t i inovatoare şii al ideilor între î două sau maai multe minne:  Mina prrototip – miina în cadruul căreia solluţia inovatoaare a fost impplementată cuu succes  Mina carre preia transsferul – minaa care doreştte să implemeenteze soluţiaa inovatoare  Expert – organizaţiaa/compania/ppersoana caree va coordonaa procesul dee transferabilitate  Componnente – factorri care contriibuie la succesul sau eşecuul transferuluui  Sub-com mponente – componente c r relevante penntru transferaabilitate  Scalare descendentăă/ ascendentă ce presuppune diminuarrea sau creşşterea mărim mii şi gameii de implemeentare Metodoologia p privitoare la anaaliza transferabiliităţii şi modalitatea m d a transsfera de soluţiile inoovatoare căttre o altă mină m de cărbbuni trebuie conncepută asttfel încât să maximizzeze uzabilitatea (fig. 2). Este vorrba despree o metodologiee calitativă bazată b pe paşşi sistematici, în cadrul cărorra conducereea, în colaboorare cu expeerţii, ajung la concluzia privitoare p l introduceerea la inovaţiilor.

Strângerea informaţiiloor – cheia su uccesului transferabillităţii Strângeerea unei cantităţi suficiente de informaţii privitoare p la un u posibil viitor transfer este pasul cel mai m importantt ; informaţiile care se reeferă la evaluarea transferabilităţii trebuuie selectate din surse diferiite, alegerea surselor dee informare şi a

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

can ntităţii acestoora depinzânnd, în mare măsură, dee tipu ul de transferr ; cele mai vviabile surse includ [2]:  Vizitarea minei prototipp – asemeneaa vizite suntt extrem de folositoare f ş permit strâângerea unorr experienţe directe legaate de implementare şii impactul imediat al acestteia  Literatura sppecializată – documentele şi lucrărilee soluţia privind disponibile inovatoareaa reprezintă o foarte bună sursă de informare i şii pot fi obţinnute de la mina proto otip care a implementatt cu succes ssoluţia inovaatoare, dar şii de la experţii independennţi în domeniiul respectiv  Interviuri – interviuri înn cadrul mineei prototip şii cu experţi, care c permit pprimirea uno or informaţiii care nu suntt disponibile în literature specializatăă publicată  Work-shop-urile aferentte proiectelorr, forumurilee şi conferinţeele internaţioonale sunt un n prilej ideall de a obbţine date asupra problemelorr transferabilităţii.

Obiecctivele misiunii b bine definite

Transferabilitate

rezultatele acestora şi propria lor experienţăă şi propriile neevoi. Studiile legate de transferabiliitate arată că trebuie t reallizată o annaliză geneerală comparativăă, iar transfeerul unei solluţii precise sau al tehnologgiei depindee de condiţţiile locale. De atea fiecare datăă când se voorbeşte de transferabilit t rezultatelor proiectelor în industria minieră, trebbuie realizată annaliza compaarativă generală în toate cele cinci domennii:  Condiţii geologice şii miniere  Resurse materiale o Echipamentt o Tehnologii o Infrastructuură  Resurse umane o Număr de muncitori m o Număr de specialişti  Sănătatee şi siguranţăă  Econom mie şi finanţe

Identtifică nevoia de scalare Cu uantificarea i impactelor tran nsferabilităţii Id dentificarea com mponentelor p principale şi secundare

Defineşte obiectivele şi scop pul Reduceere Creştere

Definireaa sub‐ componenteelor şi a nivelulu ui de importaanţă

Evaluarea tran nsferabilităţii

Fig g. 2 Metodoloogia de analiiză a transferrabilităţii [2]] Deffinirea clarăă a misiunii Transferul tehnologieii sau ideilorr inovatoaree imp pune o definnire clară a m misiunii (obiective clare)) şi a scopului real, r care reeprezintă prrimul pas all evaaluării transsferabilităţii. Acest luccru permitee elim minarea orricăror neînţelegeri în timpull tran nsferabilităţii şi implem mentării ulterioare. Înn gen neral, acesta este cel maii important pas p în cadrull întrregului procees de transfeer, şi orice paaşi viitori pee care transferabbilitatea îi implică treebuie să see realizeze num mai dacă m mina care urmează u săă imp plementeze tehnologia t înnţelege şi esste de acordd cu obiectivele şi ş scopul speccifice ale tran nsferului. n de sscalare desceendentă sau u Ideentificarea nevoilor asccendentă Este totodaată importannt să se deteermine dacăă estee necesară scalarea ttehnologiei transferate,, aceesta reprezenntând a douua sarcină im mportantă a tran nsferabilităţii. Acet faptt depinde de d condiţiilee con ntextuale, în î mod sppecial de gradul dee imp plementare înn mina care va prelua teehnologia, înn com mparaţie cu mina prottotip. Este deosebit dee 21

important să se scaleze mărimea proiectului la condiţiile reale şi să se ia în calcul toate diferenţele şi dificultăţile care pot să fie determinate de o atare scalare.

Identificarea şi cuantificarea impactului transferabiltăţii Identificarea şi cuantificarea sau descrierea calitativă a impactului transferabilităţii reprezintă justificarea esenţială şi motivaţională pentru luarea în calcul a evaluarii transferului în vederea viitoarei implementări de către mina care va prelua potenţial tehnologia. Acest impact variază în funcţie de diferitele tehnologii inovatoare şi de soluţiile care sunt analizate în vederea transferabilităţii viitoare.

Impactul poate include modificări ale: eficienţei, siguranţei, mediului, accesibilităţii sau aspectelor economice. În cadrul proiectului OPTI-MINE, datorită utilizării Indicatorilor Cheie privind Performanţa (ICP), o analiză multiplă are în vedere un spectru larg al impactului şi furnizează o modalitate cantitativă eficientă de justificare a implementării soluţiilor ICT inovatoare [5]. În cazul în care este posibil, o arie atotcuprinzătare a impactului ar trebui cuantificată şi motivată prin informaţii calitative.

Identificarea componentelor principale şi a subcomponentelor Componentele principale (factori) care pot contribui la succesul sau eşecul transferabilităţii trebuie identificate astfel încât să se poată determina relevanţa lor pentru transferul viitor al soluţiei inovatoare. Aceste componente principale trebuie apoi divizate în sub-componente relevante pentru procesul de transferabilitate. Identificarea componentelor principale şi a sub-componentelor în contextul transferabilităţii depinde, în mare măsură, de experienţa minei prototip şi de experţii independenţi. Lista componentelor şi subcomponentelor care pot influenţa transferabilitatea trebuie creată, revizuită şi finalizată pe baza materialelor şi informaţiilor colectate atât de mina prototip cât şi de experţi.

Identificarea nivelului de importanţă a subcomponentelor Nivelul relativ de importanţă trebuie definit pentru fiecare sub-componentă în parte (de ex. ridicat/mediu/scăzut). Desigur că alegerea nivelului de importanţă trebuie justificată de comentarii adecvate. Identificarea nivelurilor de importanţă trebuie judecată din punctul de vedere al minei care urmează să implementeze tehnologia cît şi din persectiva experienţei minei prototip ; de asemenea, sfaturile experţilor sunt importante pentru un atare proces.

22

Evaluarea transferabilităţii Această parte reprezintă o evaluare subiectivă a gradului de complexitate a problemelor şi dificultăţilor apărute în timpul implementării soluţiei în cadrul minei prototip. Discuţiile între mine ca şi cele cu experţii reprezintă fatorul cheie în cadrul acestui nivel. Evaluarea trebuie făcută cantitativ, iar, în cazul în care aceasta se realizează în grup, este necesară şi o evaluare anonimă.

Concluziile transferabilităţii Pasul final al evaluării transferabilităţii îl reprezintă conturarea concluziilor privind transferabilitatea noii tehnologii, luând în considerare toţi factorii ientificaţi şi totalitatea evaluărilor componentelor. Acest pas trebuie să pună în discuţie toţi factorii cheie şi piedicile care privesc transferul soluţiei inovatoare. Concluziile privind şansele de succes ale transferabilităţii trebuie şi ele exprimate. În cazul în care nu există constrângeri importante sau de nivel mediu, este foarte posibil ca transferul să aibă succes, în mod special, în cazul în care toţi factorii de suport ar putea fi realizaţi. În cazul în care nu există constrângeri importante, ci numai câteva constrângeri moderate, este probabil ca succesul transferului să fie dificil, cu excepţia cazului în care constrângerile pot fi depăşite. În cazul în care există una sau mai multe constrângeri importante, este probabil ca transferul soluţiei inovatoare să nu poată avea loc, cu excepţia cazului în care constrângerile pot fi depăşite.

4. Tehnologiile informaţiei şi comunicaţilor Utilizarea mecanizării, automatizării, a tehnicilor de informare şi comunicare depinde în mare măsură de mărimea minei şi nivelul său tehnologic. Mineritul automatizat implică si permite reducerea muncii umane din cadrul procesului minier. Automatizarea în minerit se referă atât la robotică şi tehnologia IT, vehicule miniere sau echipament minier, cât şi la procesul automatizării. Pentru a obţine controlul asupra operaţiilor miniere se implementează hardware şi software de automatizare a minei, care ajută administratorii minei să organizeze, controleze şi monitorizeze activitatea minieră în cadrul întregii mine, în timp real ; acest lucru permite identificarea blocajelor de productivitate şi determină creşterea responsabilităţii.

Rezultatele proiectului demonstrativ OPTIMINE arată că ICT şi comunicarea în reţea reprezintă a bază pentru siguranţa şi eficienţa operaţiilor subterane. Optimizarea procesului este posibilă numai prin procese complet transparente, care pot fi realizate prin utilizarea celor mai noi Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

tehnologi de comunicare şi IT. Alte mine au implementat reţele subterane Ethernet pentru scopuri multiple [3]:  Reducerea costului şi îmbunătăţirea producţiei, ca urmare a optimizării logisticii materiale  Reducerea costului prin operaţii longwall cu control la distanţă  Îmbunătăţirea comunicării personaului şi a urmăririi (creşterea siguranţei) Un sistem unificat, cu scopuri multiple, a fost implementat pentru a menţine costul total la cel mai jos nivel posibil, ceea ce reprezintă un factor important privitor la posibilitatea transferabilităţii către mine mici şi neavansate din punct de vedere tehnologic ; deseori, un astfel de sistem determină necesitatea construirii unei infrastructuri de reţea complet noi, care poate fi scumpă, dar, cu siguranţă, foarte profitabilă, deoarece comunicarea poate fi privită drept investiţie strategică.

Avantajele generale ale implementării noilor ICT sunt evidente:  Permite analizarea proceselor logistice  Îmbunătăţeşte comunicarea  Creşte siguranţa  Reduce timpul necesar pentru mentenanţă  Permite un răspuns pozitiv la viitoarele provocări Aria transferabilităţii posibile a rezultatelor proiectului OPTI-MINE este următoarea [2]:  Definirea cerinţelor preliminare, în termenii echipamentului minier şi ai cunoştinţelor personalului  Definirea nivelului minim de Tehnologie a Informaţiei şi Comunicării (ICT) aferent implementării de bază (atât hardware cât şi software)  Definirea modulelor ICT pentru dezvoltare ulterioară  Maintenanta sistemului ICT  Consiliere penru o strategie ICT iniţială  Estimarea costului şi beneficiilor în termeni economici.

5. Concluzii În zilele noastre, întreaga industrie minieră se află în procesul de tranziţie către automatizare şi aplicarea tehnologiilor ICT – proces ce priveşte şi minele de dimensiuni reduse, bineînţeles, la scara corespunzătoare, datorită fatului că acestea încă folosesc o cantitate mare de capital uman.

Generalizarea şi transferabilitatea rezultatelor către o audienţă largă asociate industriei miniere înseamnă progres. Abordărilede care s-a făcut uz în cadrul transferabilităţii rezultatelor proiectului OPTI-MINE, privind transferul tehnologiilor

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

inovatoare ICT către alte mine sugerează că este nevoie de o substituire specifică pentru minerit a datelor modelului de practică şi de o analiză profundă a costurilor cu instalarea şi mentenanţa.

Introducerea tehnologiilor informaţionale şi decomunicare de ultimă oră în minele de dimensiuni reduse şi nu foarte avansate tehnologic este posibilă, însă de fiecare dată este necesară o analiză comparativă individualizată şi detaliată a tuturor aspectelor – elementele pro şi contra ale fiecărui caz în parte.

Astăzi, are loc, mai ales, excavarea antracitului în condiţii geologice complicate. Asemenea condiţii sunt rezultatul unor straturi extreme de pliate, care pot prezenta falii ce ating 200 de metri şi mai mult.

Pericolele naturale principale din minele de cărbune sunt legate de emisiile de gaz, foc, praf, seismicitate şi surpări, apă şi fenomene radioactive. Aceste pericole trebuie privite ca dominante. Reducerea sau eliminarea pericolelor se realizează prin utilizarea unor tehnici adecvate care sunt concepute fie pentru fiecare pericol în parte, fie pentru un grup de pericole care pot să apară împreună în zona în care are loc exploatarea. Ese important să se compare condiţiile miniere gelogice şi să se ajusteze tehnologia transferată la condiţiile locale, deoarece aceasta va influenţa siguranţa lucrului; în anumite cazuri, utilizarea soluţiilor prezentate în proiectul specific nu este posibilă datorită unor condiţii diferite. De fiecare dată, vorbim despre transferabilitatea unei soluţi specifice de la o mină de cărbuni la alta, iar analiza comparativă generală trebuie să fie realizată în toate cele cinci domenii (condiţii geologice şi miniere, resurse materiale, resurse umane, sănătate şi siguranţă, economie şi finanţe).

Bibliografie 1.

2.

3.

4.

5.

R.P.H. Willis, S.G.E. Ashworth Technology and knowledge transfer – good practice guidelines, The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, 2002 P. Kolodziejczyk Study on transferability to small mines of lower technical status, www.opti-mine.eu, 2015 Evonik Industries AG OPTI-MINE Handbook, www.opti-mine.eu, 2014 C. Mueller Network communication and ICT as basis for safety and efficiency of optimized underground operations, Proceedings CIM Vancouver, 2014 M. Bendrat, C. Dauber Key Performance Indicators – A Tool to Assess ICTApplications in Underground Coal Mines, Proceedings Aachen International Mining Symposia AIMS Vol. 13, 2014

23

SIMULAREA ŞI MODELAREA FORŢELOR ŞI PUTERILOR LA INSTALAŢIILE DE EXTRACŢIE MULTICABLU ECHILIBRATE STATIC CU AJUTORUL SOLIDWORKS® Florin Dumitru POPESCU* Rezumat. În lucrare se propune o metodă de simulare şi modelare a instalaţiilor de extracţie multicablu echilibrate static în vederea studiului variaţiei în funcţie de faza de extracţie a forţelor şi puterii la periferia roţii motoare. Pentru aceasta s-a utilizat aplicaţia SolidWorks® . S-au construit părţile componente ale sistemului tehnic (roată motoare, vase de extracţie, cabluri de tracţiune şi de echilibrare) care au fost asamblate într-un sistem virtual. În ansamblu s-au impus legături geometrice şi mecanice. Utilizând facilităţile de calcul ale aplicaţiei SolidWorks® şi impunând variaţia acceleraţiei motorului de acţionare s-au trasat diagramele de variaţie ale acceleraţiei, vitezei, forţelor de la periferia roţii motoare şi a puterii în funcţie de fazele de extracţie. S-a studiat cazul acţionării instalaţiilor de extracţie cu motor asincron şi cel al acţionării cu motor de curent continuu.

Cuvinte cheie: tahogramă, acceleraţie, viteză, spaţiu, forţă, putere, gravitaţie.

1. Introducere Instalaţiile de extracţie au o funcţionare ciclică. Mărimea puterii de acţionare precum şi energia consumată depind de forma tahogramei a cărei alură este determinată de modul de acţionare a instalaţiei de extracţie, de condiţiile tehnologice de exploatare dar şi de restricţiile impuse de siguranţa în funcţionare.

Ca şi în cazul trasării tahogramelor, diagramele variaţiei forţelor şi a puterii se realizează pornind de la variaţia acceleraţiei.

Modalitatea de variaţie a acceleraţiei este impusă de caracteristicile mecanice ale motorului de acţionare. Vor fi luate în considerare cazurile clasice de acţionare: cu motor asincron în care se consideră că în perioada de pornire acceleraţia are o valoare constantă şi cu motor de curent continuu unde în perioada de pornire se consideră o variaţie liniară a acceleraţiei.

Relaţia care determină variaţia forţei la periferia organului de înfăşurare a cablului este1: F  [k  Q u  (q  q1 )  (H  2  x)]  g  a   m (1)

unde:23 H - distanţa pe care se efectuează transportul (m); x - o distanţă intermediară (m); Qu - masa utilă transportată (kg); q - masa specifică a cablului de tracţiune (kg/m); q1 - masa specifică a cablului de echilibrare (kg/m); a - acceleraţia (m/s2);

 Conf.dr.ing. Universitatea din Petroşani 1 [1], [2], [4] 2 [1], [2], [4] 3 [1], [2], [4] 24

m-

suma maselor în mişcare redusă la periferia organului de înfăşurare a cablului (kg); k - coeficient utilizat pentru evaluarea forţelor de frecare (0,15...0,2); g - acceleraţia gravitaţională.

2. Variaţia forţelor şi a puterilor pentru instalaţii de extracţie echilibrate static acţionate cu motor asincron Deoarece pentru instalaţiile de extracţie echilibrate static q1  q , relaţia (1) care defineşte variaţia forţei la periferia organului de înfăşurare va fi acum: F  k  Qu  g  a   m (2)

Puterea de acţionare este determinată cu ajutorul relaţiei:

(3) P  F v unde: v - reprezintă viteza de transport (m/s). În Tabelul 1 s-au redat mărimile care stau la baza trasării diagramelor. S-au prezentat şase puncte distincte corespunzătoare fazelor de extracţie ale unei tahograme trapezoidale. Pentru fiecare punct s-au prezentat relaţiile de calcul corespunzătoare următoarelor mărimi: acceleraţie, viteză, spaţiu, forţă şi putere2. În figura 1 se poate observa care sunt graficele teoretice corespunzătoare variaţiei acceleraţiei, vitezei, forţei şi a puterii de acţionare în acest caz 3.

Se poate observa că în cazul în care instalaţia de extracţie este echilibrată static, relaţia (2) variaţia forţei de la periferia organului de înfăşurare nu mai depinde de spaţiul parcurs până la un moment dat, ea fiind constantă pe fiecare perioadă a celor trei faze de transport.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

Tabelul 1 – Variaţia forţelor şi a puterilor în funcţie de fazele de extracţie pentru instalaţii de extracţie echilibrate static acţionate cu motor asincron Faza de extracţie a v x F P

(m/s2)

(m/s)

(m)

(N)

(W)

1

începutul perioadei de accelerare

a1

0

0

F1  kQ u g  a 1  m

P1  F1 v  0

2

sfârşitul perioadei de accelerare

a1

vmax

h1

F2  kQ u g  a 1  m

P2  F2 v max

3

începutul perioadei de mers uniform

0

vmax

h1

F3  kQ u g

P3  F3 v max

4

sfârşitul per. de mers uniform

0

vmax

h1+h2

F4  kQ u g

P4  F4 v max

5

începutul per. de frânare

-a3

vmax

h1+h2

F5  kQ u g  a 3  m

P5  F5 v max

6

sfârşitul per. de frânare

-a3

0

H

F6  kQ u g  a 3  m

P6  F6 v  0

3. Variaţia forţelor şi a puterilor în funcţie de fazele de extracţie pentru instalaţii de extracţie echilibrate static acţionate cu motor de curent continuu

Fig.1 Variaţia forţelor şi a puterilor pentru acţionare cu motor asincron4

[1], [2], [4], [5]

4

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Ca şi la instalaţiile de extracţie echilibrate static acţionate cu motor asincron şi în cazul acţionării cu motor de curent continuu relaţiile pentru calculul forţelor şi al puterilor sunt cele prezentate la punctul 2 al lucrarii relaţiile (2) şi (3).

Tabelul 2 evidenţiază mărimile care stau la baza trasării diagramelor. În acest caz s-au luat în considerare cinci puncte distincte corespunzătoare unei tahograme. Pentru fiecare punct s-au evidenţiat valorile precum şi relaţiile de calcul corespunzătoare următoarelor mărimi: acceleraţie, viteză, spaţiu, forţă şi putere. În figura 2 se poate observa care sunt graficele corespunzătoare variaţiei acceleraţiei, vitezei, forţei şi a puterii de acţionare în cazul acţionării instalaţiilor de extracţie echilibrate static acţionate cu motoare de curent continuu4. În situaţia acţionării cu motor de curent continuu forţa este constantă numai pentru fazele tahogramei în care acceleraţia este constantă: pe perioada de mers uniform şi pe perioada de frânare.

Se observă în relaţia (2) că singura mărime care este variabilă în timp pentru acest caz este acceleraţia. Aceasta are o variaţie liniară descrescătoare, fapt care determină o variaţie parabolică a forţei la periferia organului de înfăşurare a cablului. Deoarece acceleraţia este descrescătoare forma forţei va fi parabolică convexă.

Derivata acceleraţiei determină convexitatea sau concavitatea graficului forţei.

25

Tabelul 2 ‐ Variaţia forţelor şi a puterilor în funcţie de fazele de extracţie pentru instalaţii de extracţie echilibrate static acţionate cu motor de curent continuu v x F P Faza de extracţie a (m/s) (m) (N) (W) (m/s2) F1  kQ u g  a 1  m

P1  F1 v  0

1

începutul perioadei de accelerare

a1

0

0

2

sfârşitul perioadei de accelerare

0

vmax

h1

F2  kQ u g

3

sfârşitul perioadei de mers uniform

0

vmax

h1+h2

F3  kQ u g

P3  F3 v max

4

începutul perioadei de frânare

-a3

vmax

h1+h2

F4  kQ u g  a 3  m

P4  F4 v max

5

sfârşitul perioadei de frânare

-a3

0

H

F5  kQ u g  a 3  m

P5  F5 v  0

Fig.2 Variaţia forţelor şi a puterilor pentru acţionare cu motor de curent continuu5 4. Trasarea diagramelor de variaţie a forţelor şi puterilor cu ajutorul aplicaţiei SolidWorks®

5 [3]

26

P2  F2 v max

Pentru a putea studia variaţia în timp a forţelor de la periferia roţii motoare şi a puterii pentru instalaţiile de extracţie multicablu echilibrate static am creat în SolidWorks® un model al unei astfel de instalaţii, materializat printr-un ansamblu (fig.3)5.

Aici vasului aflat în urcare i s-a ataşat o masă corespunzătoare sarcinii utile transportate.

Părţii care reprezintă elementul motor (roata Kope) i s-a ataşat un motor de acţionare aşa cum se poate observa în figura 4. Variaţia acceleraţiei motorului de acţionare poate fi exprimată prin puncte sau prin expresii matematice.

Totodată, ansamblul este supus atracţiei gravitaţionale aşa cum se poate observa în figura 4.

Aceasta va acţiona asupra părţilor componente ale ansamblului care nu au legaturi fixe cu axul de rotaţie al roţii motoare.

Mişcarea celor doua vase de transport pentru ansamblul din figura 3 este asigurată printr-o legătura de tip cremalieră stabilita între roata motoare a instalaţiei de extracţie şi vasele de transport. În acest fel am modelat legătura fizică dintre cabluri, vase de extracţie şi roata motoare printr-o legătură logică (de tip cremalieră) pe care o pune la dispoziţia utilizatorilor aplicaţia SolidWorks®.

Totodată aplicaţia SolidWorks® permite ataşarea acceleraţiei gravitaţionale ansamblului care va introduce în metoda de calcul numeric masa utilă (fig.4). În absenţa acceleraţiei gravitaţionale, ambii termeni ai expresiei forţei de la periferia roţii motoare vor fi alteraţi din punct de vedere al calculului numeric.

Pentru fiecare din tahogramele care vor fi prezentate în continuare au fost impuse valorile acceleraţiei fie prin puncte fie prin expresii matematice.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

Fig.3 Ansamblul instalaţiei de extracţie multicablu echilibrată static.

Vasul de transport plin este pe ramura ascendentă

Fig.4 Ataşarea motorului de acţionare şi a gravitaţiei

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

27

4.1. Calculul forţelor şi a puterilor pentru instalaţii de extracţie acţionate cu motor asincron

Pentru cazul acţionării cu motor asincron a ansamblului descris anterior, am prezentat în figura 5 modalitatea de impunere a variaţiei acceleraţiei motorului de acţionare. Aşa cum se observă în figura 5 în comparaţie cu metoda analitică, acceleraţia nu mai are o variaţie sctrictă de tip treaptă. Impunerea unei variaţii a acceleraţiei sub forma unei funcţii treaptă ca în cazul metodelor analitice conduce la imposibilitatea determinării numerice a tahogramelor şi implicit a variaţiei forţelor la periferia roţii motoare şi a puterii. Din acest motiv în exemplele prezentate variaţia acceleraţiei nu are alura unei funcţii de tip Heaviside.

Pornind de la variaţia acceleratiei am trasat diagramele de variaţie ale vitezei, forţelor şi puterii de acţionare în funcţie de fazele de extracţie.

Aplicaţia SolidWorks® permite trasarea acestor mărimi. În figura 6 este prezentată modalitatea de trasare a variaţiei vitezei. În figura 7 este prezentată modalitatea de trasare a forţei, iar în figura 8 modalitatea de trasare a puterii. Variaţia acestor mărimi este raportată la fazele procesului de extracţie specifice unei instalaţii acţionate cu motor asincron. Diagramele obţinute în urma simulării sunt prezentate în figura 9.

Aceste diagrame nu au un caracter cantitativ deoarece ele nu sunt construite pentru o anumită instalaţie de extracţie.

Rolul lor este de a evidenţia caracterul general al medodei de simulare şi modelare utilizate, comparaţia făcându-se cu modelele analitice din literatura de specialitate [1], [2], [4], [5].

Fig.5 Impunerea variaţiei acceleraţiei prin puncte la acţionarea cu motor asincron

28

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

Fig.6 Modalitatea de calcul şi de trasare a vitezei

Fig.7 Modalitatea de calcul şi de trasare a forţelor

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

29

Fig.8 Modalitatea de calcul şi de trasare a puterii

Fig.9 Variaţia acceleraţiei, vitezei, forţei şi a puterii pentru acţionarea cu motor asincron

30

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

4.2. Calculul forţelor şi a puterilor pentru instalaţii de extracţie acţionate cu motor de curent continuu

Abordarea acestui mod de acţionare a unei instalaţii de extracţie este identică cu cea prezentată în paragraful 4.1. De această dată am impus o

variaţie a vitezelor ca cea din figura 10. Variaţia acceleraţiei este în perioada de accelerare liniară cu pantă negativă ceea ce va impune aşa cum se va observa în urma simulării o variaţie parabolică convexă a vitezei. Diagramele obţinute în urma simulării sunt prezentate în figura 11.

Fig.10 Impunerea variaţiei acceleraţiei prin puncte la acţionarea cu motor de curent continuu

Fig.11 Variaţia acceleraţiei, vitezei, forţei şi a puterii pentru acţionarea cu motor de curent continuu

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

31

În vederea limitării şocurilor în sistemul mecanic în timpul mişcării vaselor de extracţie, se impune eliminarea variaţiilor bruşte ale acceleraţiei, ceea ce are ca efect o variaţie a vitezei cu treceri line de la o valoare la alta.

O astfel de soluţie este cea a tahogramei cu trei faze, cu ameliorarea şocurilor a cărei simulare este prezentată în figura 12.

Din punct de vedere cinematic este vorba de o tahogramă cu trei faze, având o variaţie trapezoidală a acceleraţiei. Acest tip de acţionare conduce la ameliorarea şocurilor.

Valoarea şocurilor este caracterizată de cea de a treia derivată a spaţiului în raport cu timpul: d3 x a  3  (4) dt t Mărimea şocului se determină din condiţia lipsei oscilaţiilor în ramura plină ascendentă a instalaţiei. Pentru distanţe mari de transport (în cazul instalaţiilor de extracţie de mare adâncime) aceste oscilaţii ating valori mari.

Fig.12 Variaţia forţei şi a puterii pentru tahograma cu trei faze cu variaţie trapezoidală a acceleraţiei 5. Concluzii

În urma analizei rezultatelor obţinute prin simularea şi modelarea unei instalaţii de extracţie multicablu echilibrată static cu ajutorul aplicaţiei SolidWorks® se pot trage următoarele concluzii:  Rezultatele grafice obţinute sunt identice cu cele din literartura de specialitate. Acest lucru confirmă că tipul de simulare şi modelare adoptat este corect.  Modelul adoptat este unul util în cazul verificării sau proiectării unei instalaţii de extracţie. Faţă de cele prezentate în această lucrare în cazul proiectării sau verificării trebuie construite la scară părţile componente, adoptate materialele din care sunt compuse aceste părţi, urmând ca ulterior să se asambleze într-un sistem virtual căruia să i se aplice principiile prezentate la punctul 4 al lucrării.  Acest tip de simulare şi modelare oferă posibilitatea realizării unui număr mare de variante de calcul într-un timp scurt, revenirea 32

rapidă asupra unor soluţii prin modificarea imediată a datelor primare precum şi posibilitatea abordării unor forme complicate de variaţie a acceleraţiei motorului de acţionare.  Abordarea studiului cinematicii şi dinamicii instalaţiilor de extracţie prin simulare şi modelare permite adoptarea oricărei forme de variaţie a acceleraţiei motorului de acţionare.

Prin metodele analitice acest lucru este aproape imposibil de realizat.  Metoda de studiu adoptată este una bazată fundamental pe calcule numerice. Rezultatele pe care articolul le-a evidenţiat sunt grafice deoarece s-a dorit compararea acestora cu rezultatele grafice din literatura de specialitate, care sunt determinate prin metode analitice şi pornesc de la variaţii simple ale acceleraţiei (variaţie de tip treaptă, sau variaţie liniară).

Adoptarea acestor variaţii simplificate ale aceeleraţei conduce la o supradimensionare a motoarelor de acţionare.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

 Metoda prezentată poate fi aplicată şi la studiul cinematicii şi dinamicii altor tipuri de instalaţii de transport pe verticală (ascensoarele).  Din punct de vedere didactic sistemul fizic simulat şi modelat (instalaţia de extracţie) devine mai accesibil şi mai intuitiv. Se oferă o viziune mai documentată asupra modului de funcţionare şi a principiilor care stau la baza proiectării şi verificării acestor instalaţii.

Bibliografie 1. Brădeanu, N. Instalaţii de extracţie miniere Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1964.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

2. Magyari, A. Instalaţii mecanice miniere Editura Tehnică, Bucureşti, 1990.

3. Matt, Lombard, SolidWorks 2010 Bible, Indianapolis, Indiana, 2010.

Wiley

Publishing,

Inc.

4. Popescu, F., D. Instalaţii de transport pe verticală Editura Focus, Petroşani.

5. Popescu, F., D., Radu, S., M. Vertical hoist systems, New trends optimizations LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrucken Germany, 2014.

33

PROBLEMATICA STABILITĂŢII COLOANEI DE RAIZERE PENTRU FORAJUL ÎN APE ADÂNCI ŞI ULTRAADÂNCI Lazăr AVRAM*, Claudiu TĂNASĂ*, Marius STAN*, Vasile TUDOR** Rezumat: Lucrarea propune efectuare unei analize a realitatilor cu care se confrunta operatorii in exploaterea riserelor. Aceasta analiza se refera la stabilirea conditiilor limita care apar in timpul operatiunilor de foraj. Denumim acest complex de factori ca mecanica riserelor. Obiectivele lucrarii se refera la stabilira modului de lucru in conformitate cu recomandarile API in vigoare si obtinerea unor rezultate taoretice pentru forajul in ape adanci si ultraadanci destinate. Aceste rezultate constituie baza de pornire la simularea cu ajutorul unui software specializat si obtinerea de rezultate utile exploatarii riserelor in forajul in ape de mare adancime.

1. Mecanica raizerelor Coloana de raizere este un ansamblu complex care asigură legătura dintre puntea de foraj şi capul de sondă. Funcţiile acestui sistem sunt diverse şi nu sunt limitate numai la asigurarea spaţiului inelar necesar forajului marin. Odată cu creşterea adâncimii de apă problematica devine complexă din punct de vedere al asigurării stabilităţii coloanei de raizere, acest lucru depinzând atat de factorii de mediu, cat şi de dimensionarea corectă a echipamentelor. Articolul va dezvolta câteva elemente generale privitoare la mecanica raizerelor şi comportamentul coloanei de raizere în diferite posibile situaţii operaţionale.

2. Proiectarea coloanei de raizere si criteriul de selectie Configurarea coloanei de raizere are un rol important în stabilirea parametrilor operaţionali optimi ai unei platforme de foraj. Fiind deja determinate din faza de proiectare şi execuţie, caracteristicile dinamice şi comportamentul platformei de foraj în condiţii operaţionale vor asigura stabilitatea pe poziţie, iar contribuţia sistemului de raizere ar putea fi rezumată astfel: - coloana de raizere proiectată trebuie să reziste tuturor forţelor care-i pot afecta stabilitatea, dar şi integritatea în timpul operaţiunilor de foraj; - indiferent de condiţiile limităşi regimul de forţe la care coloana este supusă, aceasta trebuie sa faca faţă cerinţelor operaţionale; - ruperea la oboseală şi tensiunile ce se pot acumula sunt pericole reale ce trebuie luate în considerare la proiectarea şi dimensionarea corectă a coloanei.

Un element important, de luat în considerare, este determinarea greutăţii optime a sistemului de raizere în apă. Teoretic, cu un calcul corect al elementelor flotoare şi distribuirea lor astfel încât să asigure eficienţă maximă, o poziţie neutră poate fi obţinută cu beneficii importante privitoare la reducerea tensiunii la sistemul de tensionare al raizerelor. Acest aspect este important în secvenţa de deconectare de urgenţă şi izolarea sondei. Dar, ca un rezultat nedorit, tensiunea la partea inferioară a sistemului de raizere poate creşte, acest lucru rezultând într-o presiune excesivă asupra capului de sondă [3].

Coloana de raizere poate fi considerată un tub cu pereţi groşi ce este supus la următoarele tipuri de forţe: compresiune, torsiune, forfecare, întindere.

Rezultatul calculului forţelor ce acţionează asupra sistemului de raizere, care poate fi realizat şi cu ajutorul relaţiilor lui von Mises & Tresca (fig.1), trebuie să se încadreze în limitele acceptate, în concordanţă cu caracteristicile mecanice ale materialelor componente ale coloanei de raizere.

Mai mult, cerinţele pentru tensiunea minimă superioară şi tensiunea efectivă trebuie verificate pentru a se asigura stabilitatea coloanei de raizere în toate fazele operaţionale, incluzând şi situaţiile de urgenţă. Un pas în aceasta direcţie trebuie să includă o verificare de stabilitate a coloanei de raizere la condiţiile limită, care trebuie să cuprindă următoarele: - adâncimea de apă maximă; - greutatea maximă a noroiului de foraj; - condiţiile meteo limită în modul conectat la ansamblul de prevenitoare de erupţie. În contiuare, dacă prima condiţie a fost îndeplinită, trebuie verificată limita maximă de abatere de la verticală, precum şi îndeplinirea condiţiilor de operare în siguranţă, indiferent de alţi factori care pot influenţa buna desfăşurare a activităţilor de foraj, incluzând şi situaţiile de urgenţă. Trebuie menţionat că API 2RD recomandă o analiză structurală si dinamică a sistemului de raizere dacă se consideră că mediul operaţional implică riscuri suplimentare. Se vor efectua simulări cu un software specializat, bazate pe o abordare cvasi statică pentru a determina limitele de abatere de la verticală pentru operaţiunile de foraj.

3. Principalele forte ce afecteaza stabilitatea coloanei de raizere În fig. 2 sunt reprezentate diferitele forţe (interne şi externe) la care este supusă colona de raizere: acţiunea valurilor; acţiunea curenţilor marini; greutatea proprie a coloanei de raizere; presiunea diferenţială a apei de mare şi a coloanei de noroi; tensiunea superioară şi cea inferioară.

* Dr.ing. – Universitatea de Petrol şi Gaze din Ploieşti ** Petrom S.A. 34

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

Fig.1. Relaţiile Mises & Tresca aplicate unei secţiuni din raizer [4] Coloana de raizere este prezentată, schematic, ca o grindă conectată la partea inferioară a ansamblului de prevenitoare de eruptive prin intermediul unei articulaţii, iar la partea superioară sub masa rotativă, tot prin intermediul unei articulaţii. Mişcările relative datorate deplasărilor pe verticală, orizontală şi în jurul axei sunt compensate la partea superioară prin raizerul telescopic, articulaţia superioară şi inelul de tensionare. Sistemul de tensionare are rolul de a atenua tensiunile din coloana de raizere.

Greutatea liniară a unui raizer reprezintă diferenţa dintre greutatea în apă a elementului, minus forţa de împingere exercitată de elementul flotor ataşat. Presiunea internă generată într-un punct de coloana de noroi este egală cu greutatea specifică a noroiului înmulţită cu înălţimea coloanei de noroi.

Presiunea externă generată într-un punct (presiunea

hidrostatică exterioară exercitată de apă marii) se exprimă prin greutatea specifică a apei de mare înmulţită cu adâncimea de apă [2]. În cazul normal al unei coloane de raizere plină de noroi, presiunea maximă exercitată din interior este maximă la partea inferioară a acesteia. În cazul în care coloana de raizere este golită parţial, din motive operaţionale sau accidental, aceasta este supusă unei presiuni exterioare excesive în partea golită.

Posibilitatea ca presiunea exterioară, în cazul golirii totale a coloanei, să crească până la valori care pot duce la distrugerea coloanei de raizere este exclusă prin instalarea unei valve de siguranţă în zona inferioară, valva care detectează golirea accidentală a coloanei de raizere şi umple automat coloana cu apă de mare.

Fig.2. Acţiunea diferitelor forţe asupra coloanei de raizere ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

35

Forţele hidrodinamice exercitate de valuri apar la partea superioară a coloanei, iar impactul asupra coloanei de raizere se evaluează prin ecuaţiile lui Morison (alternativ, ecuatiile MOJS după cei patru autori —Morison, O'Brien, Johnson şi Schaaf) [2].

Rezistenţa generată de coloana de raizere în apă datorită oscilaţiilor (poziţia static versus condiţiile dinamice datorate efectului valurilor) este direct proporţională cu: - densitatea apei de mare; - diametrul coloanei de raizere; - coeficientul de rezistenţă; - viteza valurilor.

Aceasta abordare este valabilă numai pentru valori ale curenţilor marini de până la două noduri.

Dacă această valoare este depaşită apare fenomenul de vârtej (vortex), însoţit de vibraţii din cauza mişcărilor alternative ale valurilor. Vibraţiile transversale, normale într-o coloana de raizere, depind de valoarea tensiunilor care tind să varieze de-a lungul coloanei.

Dacă aceste condiţii depăşesc limita operaţională admisă a echipamentelor componente sistemului de raizer, se pot produce căderi bruşte ale sistemului de tensionare cu consecinţe nefavorabile asupra integrităţii şi operabilităţii elementelor componente. O posibilă măsură, pentru a preveni efectele nedorite, ar fi reducerea tensiunii superioare şi, implicit, a forţei de recul exercitată de factorii de mediu.

Valorile ce depăşesc două noduri sunt considerate anormale şi, prin urmare, se poate adopta soluţia reducerii tensiunii superioare doar pentru o perioadă scurtă, până când condiţiile de mediu revin la valori normale. O tensiune superioară redusă presupune supraîncărcarea părţii inferioare a sistemului de raizere şi poate duce la ruperea prematură prin oboseală a capului de sondă.

Pentru a exemplifica în cifre amploarea acţiunii valurilor, putem afirma că un val cu o viteza de două noduri poate genera o tensiune de 60-70 tone în sistemul de tensionare pentru o adâncime de apă de 1 500 metri. Preasupunând că avem o tensiune superioară de 350 tone şi una inferioară de 150 tone ne putem aştepta la un unghi de deviere de 7 grade faţă de verticală. În aceste condiţii, se pot depăşi valorile operaţionale acceptate şi se întrerupe procesul de foraj. Aceste valori sunt valide atâta timp cât nu se modifică tensiunile superioare sau inferioare. Unghiul se modifică până la aproximativ 3 grade dacă se măreşte tensiunea superioară şi cea inferioară [1].

O altă posibilitate de a contracara efectul valurilor sau al curenţilor este acela de a modifica poziţia vasului, dar ţinându-se sub control unghiul inferior al coloanei de raizere. Poziţia astfel rezultată este menită de a ţine sub control toţi parametri care pot influenţa abaterea de la verticală, care este, de fapt, obiectivul unui sistem de management al coloanei de raizere.

Din cele menţionate mai sus, este uşor de înţeles că vechile metode de foraj marin de a ţine platforma de foraj perfect verticală pe capul de sondă sunt 36

depăşite. Astfel, la ora actuală nu este de conceput un sistem de poziţionare dinamică a unei platforme de foraj fără a se ţine cont de managementul sistemului de raizere. Aceasta este cu atât mai importantă cu cât implică şi verticalitatea prevenitorului de erupţie.

Dacă ansamblul format din capul de sondă şi conectorul prevenitorului de erupţie poate fi considerat practic rigid, nu acelaşi lucru se poate spune despre prevenitorul de erupţie, a cărui oscilaţie şi înclinaţie pot fi limitat controlate. Unghiul inferior al sistemului de raizere trebuie menţinut în zona de 0 2 grade în timpul forajului, pentru a se evita formarea găurilor de cheie în zona articulaţiei inferioare.

Lungimea proiectată a coloanei de raizere este influenţată atât de condiţiile de mediu, prin distanţa de deplasare a platformei de foraj pe orizontală (pentru a contracara forţele ce acţionează asupra coloanei de raizere), cît şi de lungimea cursei raizerului telescopic [3].

La calculul şi proiectarea sistemului de raizere trebuie luat în considerare cel mai defavorabil caz posibil şi din punct de vedere al condiţiilor de mediu.

Totodată, trebuie avută în vedere micşorarea, pe cât posibil, a unghiului inferior de la prevenitor prin controlul poziţiei vasului. Orice mişcare a platformei în jurul poziţiei de referinţă cauzată, sau nu, de condiţiile de mediu, pot imprima sistemului de raizere, la partea inferioară, o mişcare pendulară.

Acest fenomen poate avea consecinţe grave nu numai asupra capului de sondă, dar şi pentru partea inferioară a sistemului de raizere şi asupra articulaţiei inferioare. Din cauza faptului că, atât raizerul, cât şi articulaţia inferioară nu sunt proiectate să preia mişcarile axiale ale platformei, aceste tensiuni vor fi descărcate, într-o anumită măsură, în inelul de tensionare aflat la partea superioară dar, în cazul depăşirii anumitor limite constructive, aceste tensiuni pot produce solicitarea pistonului sistemului de tensionare.

Dar, cel mai bun mod de a gestiona eficient un sistem de raizere, este acela de a menţine controlul platformei în limita parametrilor operaţionali stabiliţi printr-un sistem computerizat performant de management şi de a asigura o tensiune superioară adecvată iar aceasta nu este o sarcina uşoară.

Bibliografie

1. Evans, J. T., McGrail, J. An evaluation of the fatigue performance of subsea wellhead systems and recommendations for fatigue enhancements, 2011 2. Morison, J. R., Johnson, J., Schaaf, S. The force exerted by surface waves on piles, Journal of Petroleum Technology, vol. 2, 1950 3. *** DNV RP F204 Riser Fatigue 4. *** https://en.wiki2.org/wiki/Von_Mises_yield_criterion

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015

IN MEMORIAM Prof.univ.dr.ing. Cornel HIRIAN În ziua de 30 iulie 2015, după o grea suferinţă, profesorul universitar dr. ing.Cornel HIRIAN s-a despărţit, pentru totdeauna, de noi toţi care astăzi mai suntem în viaţă.

S-a născut în 23 mai 1932, în com. Luncani- Turda într-o familie cu mulţi copii, el fiind mezinul, care pentru a avea un trai mai bun a venit în Valea Jiului (Petroşani). Şcolile primară, gimnazială şi liceală le urmează în Petroşani, iar apoi este admis ca student la Institutul de Mine din Bucureşti de unde odată cu unificarea tuturor institutelor miniere din România într-unul singur la Petroşani termină Facultatea de mine, specializarea Exploatări miniere în 1957 la Petroşani.

Din 1958 şi-a dedicat întreaga activitate învăţământului superior minier, parcurgând toate gradele didactice de la asistent universitar (1958-1963), şef lucrări (1963-1976), conferenţiar universitar (1976-1990), profesor universitar (1990-2002), profesor consultant (2002-2004), iar din 2004 şi până la despărţirea de viaţă a fost un activ cercetător în cadrul Universităţii din Petroşani.

A obţinut titlul de doctor în inginerie minieră, cu teza Studiul presiunii şi dimensionarea susţinerii lucrărilor miniere verticale din Valea Jiului în 1974, iar din 1990 a condus el însuşi doctorat în domeniul Mine, Petrol şi Gaze.

A contribuit la pregătirea a peste 46 de promoţii de ingineri în domeniul mineritului având şi funcţii de conducere cum sunt cele de şef al catedrei de Exploatări miniere subterane (1994-1995), de prodecan (1977-1980) şi decan (1980-1984) al Facultăţii de Mine şi de director al Centrului de Cercetare Ingineria Rocilor de la Universitatea din Petroşani (2001-2004).

A efectuat specializări şi perfecţionări la: Academia de Mine şi Metalurgie Cracovia- Polonia (1963), Academia de Mine Freiberg- Germania (1968), Institutele de Mine din Moscova şi din Sankt Petersburg (1971).

A predat cursurile: Săparea şi susţinerea lucrărilor miniere; Bazele mineritului şi mecanica rocilor; Mecanica rocilor.

Numele inginerului, profesorului şi cercetătorului Cornel Hirian este legat, fapt binecunoscut, de domeniul ingineriei rocilor în toată complexitatea lui. Aici a desfăşurat o activitate amplă, creativă şi riguroasă pe care a transmis-o şi colaboratorilor săi.

Direcţiile de cercetare prioritare ale profesorului Cornel Hirian au fost ingineria minieră, mecanica rocilor şi construcţii miniere subterane fiind autor/coautor a 13 cărţi, 58 articole publicate în ţară, 17 articole publicate în străinătate, colaborator PNCDI la şase granturi, colaborator la două Brevete şi Invenţii, referent ştiinţific la cinci manuale de specialitate, recenzor la trei tratate de specialitate, coordonator a 105 contracte de cercetare şi colaborator la 10 contracte de cercetare cu teme de interes pentru unităţi economice.

A fost membru al Comitetului Internaţional de Mecanica rocilor, preşedinte al Comisiilor de avizare a lucrărilor de cercetare de la ICITPML-Craiova şi de la centrala Sării şi Nemetalifere- Cluj, membru în Comisiile de avizare a lucrărilor de cercetare de la SC ICPM SA- Petroşani şi Centrala Sării şi Nemetalifere - Bucureşti.

L-am cunoscut pe profesorul Hirian în mai multe ipostaze.

Prima dată, el un tânăr profesor, iar eu un şi mai tânăr student. Am făcut parte din promoţia la care profesorul Hirian a predat pentru prima dată cursul de Mecanica rocilor. Aceasta se întâmpla acum 52 de ani. Peste câţiva ani (vreo 8), am fost împreună la o specializare în străinătate, unde relaţiile noastre deveniseră de prietenie, deşi cea de profesor - student o păstram.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

37

Au fost şi relaţii de subordonare (decan – cadru didactic), dar prin comportament, morală ireproşabilă, echilibru cu care a condus facultatea de Mine, nu ne-am simţit niciodată într-o astfel de relaţie. În ultimii 20-25 de ani am cercetat împreună, am scris împreună şi toate bucuriile şi necazurile trăite le-am împărtăşit alături.

Profesorul, căci aşa îi spuneam – şi îi vom spune mereu – a contribuit la devenirea noastră, ne-a promovat, ne-a îndrumat cu bunăvoinţă fără gândul vreunei răsplăţi.

Noi cei care am parcurs alături de el, o bună parte din viaţă, vom păstra pentru totdeauna în amintirea noastră multe dintre momentele petrecute împreună.

Generaţiilor de absolvenţi şi studenţi le-a trezit sentimentul de demnitate, dăruire profesională, ţinută morală, dragoste şi respect pentru meserie, ca o datorie sfântă a educaţiei. Nu există zonă minieră, şi nu numai minieră, unde foştii studenţi ai profesorului Hirian să nu-l aprecieze şi să nu-şi amintească cu deosebit respect că le-a fost dascăl şi mentor în acelaşi timp.

Profesorul Cornel Hirian a fost o personalitate ştiinţifică de prestigiu şi recunoscută ca atare, fiind respectat şi stimat pentru probitatea profesională, pentru calităţile umane şi morale pe care le-a cultivat în toată viaţa sa, numărându-se printre marii dascăli ai şcolii noastre miniere, iar noi ne putem mândri că iam fost apropiaţi şi prieteni.

Activ şi după pensionare, până în ultimele luni de viaţă, despărţirea de profesorul Cornel HIRIAN este o grea pierdere pentru întreaga comunitate academică petroşăneană şi în special pentru toţi cei cu care a lucrat îndeaproape.

Dumnezeu să-l odihnească în pace !

Prof.univ.dr.ing. Mircea Georgescu Universitatea din Petroşani

Vă urăm un an nou prosper cu inima curată şi speranţă !

La mulţi ani, 2016 !

Colectivul Editorial

38

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 4 / 2015